IC 741, IC 311, IC 339 kullanan Karşılaştırıcı Devreleri

Karşılaştırma devresinin temel işlevi, giriş pinlerindeki iki voltaj seviyesini karşılaştırmak ve hangi giriş voltajının diğerinden daha yüksek potansiyele sahip olduğunu göstermek için bir çıktı üretmektir.

Bu makalede, IC 741, IC 311 ve IC LM339 gibi popüler IC'leri kullanarak karşılaştırıcı devrelerin nasıl doğru şekilde tasarlanacağını ayrıntılı olarak öğreneceğiz.

Bir Karşılaştırıcı ve Op Amp Arasındaki Fark

IC 741, tek bir op amp için ideal bir örnektir ve IC LM311, özel bir tek karşılaştırıcının iyi bir örneği olarak kabul edilebilir.

Normalde karşılaştırıcı devreleri çizmek için tanıdığımız ve kullandığımız, dahili olarak aynı 'üçgen' şekilli cihaz sembolüne sahip olan bu iki ünitenin her ikisini de bulacaksınız. Bununla birlikte, bu iki karşılaştırıcı biçiminin çıktı tepkisi birkaç büyük farklılığa sahip olabilir.

Bir op amp ve bir karşılaştırıcı, her ikisi de giriş pinlerindeki diferansiyel sinyalleri karşılaştırmak için yapılandırılabilse de, iki muadili arasındaki temel farklar şunlardır:

• Güçlendirilmiş durumda, bir op amplifikatörün çıkışı, giriş pimi voltaj seviyelerine bağlı olarak pozitif veya negatif olacaktır, ancak asla açılamaz. Buna karşılık, bir karşılaştırıcı çıktısı açık veya topraklanmış (negatif) veya yüzer olabilir.
• Bir op amp çıkışı, herhangi bir yukarı veya aşağı çekme direnci olmadan çalışabilir, ancak bir karşılaştırıcı, çıkış aşamasının normal şekilde çalışmasını sağlamak için her zaman harici bir yukarı çekme veya aşağı çekme direnci gerektirecektir.
• Yüksek kazançlı amplifikatör devreleri oluşturmak için bir op amp kullanılabilir, bu tür uygulamalar için bir karşılaştırıcı kullanılamaz.
• Bir op amp'in çıkış anahtarlama yanıtı, genellikle bir karşılaştırıcı IC'ye kıyasla daha yavaştır.

Klasik bir karşılaştırıcı devre tasarımı aşağıdaki şekilde görülebilir:

Burada, ters çevirmeyen (+) girişteki voltaj, ters çeviren (-) girişten daha yüksek olduğunda, çıkış 'yüksek' bir dijital sinyalle yanıt verir. Tersine, tersine çevrilemeyen giriş voltajı ters giriş voltajından daha düşük olduğunda çıktı düşük dijital sinyale dönüşür.

Yukarıdaki şekle atıfta bulunarak, bir referans voltajı ile yapılandırılmış bir girişe (bu örnekte ters çevirme girişi) sahip bir karşılaştırıcı devresinin ve bir giriş sinyali voltajına bağlı ters çevirmeyen giriş olan diğer giriş pininin standart bir bağlantısını görebiliriz .

Vin, +2 V referans voltajından daha düşük voltajda tutulduğu süre boyunca, çıkış -10 V civarında düşük kalır. Vin +2 V'nin hemen üzerine çıkarılırsa, çıkış anında durumunu değiştirir ve yaklaşık + 10 V. Çıkışta -10 V'den +10 V'ye bu durum değişikliği, Vin'in referans +2 V'den daha yüksek hale geldiğini gösterir.

Herhangi bir karşılaştırıcının içindeki ana bileşen, çok yüksek bir voltaj kazancına ayarlanan bir op amp devresidir. Bir karşılaştırıcının çalışmasını doğru bir şekilde incelemek için, aşağıda gösterildiği gibi IC 741 örneğini alabiliriz:

Burada, ters çeviren giriş pin2'nin (-) toprağa veya 0 V seviyesine başvurduğunu görebiliriz. Op amp'in ters çevirmeyen girişi olan pin3'e sinüzoidal bir sinyal uygulanır. Bu dönüşümlü olarak değişen sinüzoidal sinyal, görüntünün sağ tarafında gösterildiği gibi çıkışın yüksek ve düşük çıkış durumları arasında değişmesine neden olur.

Vin girişi, 0 V referansı üzerinde bir milivolt bile hareket ettirdiğinde, fark, IC'nin dahili yüksek kazançlı op amp'i tarafından yükseltilerek, çıkışın pozitif çıkış doygunluk seviyesinde yükselmesine neden olur. Bu durum, Vin sinyali 0 V referansının üzerinde kaldığı sürece devam eder.

Şimdi, sinyal seviyesi 0 V referansının altına bir gölge düşürdüğü anda, çıktı daha düşük doygunluk seviyesine sürülür. Yine, Vin giriş sinyali 0 V referans seviyesinin altında kaldığı sürece bu durum korunur.

Yukarıdaki açıklama ve görüntüde sunulan dalga biçimi, doğrusal olarak değişen bir giriş sinyali için çıktının dijital yanıtını açıkça göstermektedir.

Normal uygulamalar için referans seviyesinin 0 V olması gerekmez, ihtiyaca göre herhangi bir pozitif seviye olabilir. Ve gerekli olması durumunda referans, pozitif veya negatif besleme hatlarına bağlanabilirken, giriş sinyali diğer giriş pinine uygulanır.

IC 741'i Karşılaştırıcı Olarak Kullanma

Aşağıdaki örnekte nasıl etkili bir şekilde karşılaştırıcı olarak bir op amp kullanın

Şekilde, ters çeviren giriş piminde (-) pozitif bir referans seti ile çalışan bir op amp devresini görebiliriz. Çıktı bir LED ile eklenir.

Voltaj bölücü ağ formülünü kullanarak, IC'nin (-) giriş pinindeki referans voltaj değerini hesaplayabiliriz.

Vref = 10 k / 10 k + 10 k x +12 V = +6 V

Bu referans IC'nin (-) pini ile ilişkili olduğundan, (+) girişteki voltaj Vin bu referanstan daha yüksek olursa veya referanstan daha pozitif olursa, Vo çıkışını pozitif doygunluk seviyesine geçmeye zorlayacaktır.

Bu, Vin'in +6 V referans seviyesinden daha pozitif hale geldiğini gösterecek şekilde LED'in yanmasına neden olacaktır.

Tersine, ters çevirmeyen giriş (+) referans pini olarak yapılandırılırsa ve ters çevirici giriş (-) pimine Vin uygulanırsa, Vin girişi referans değerinin altına düştüğünde çıkış düşük olur ve bunun tersi de geçerlidir.

Bu, LED'in anında kapanmasına neden olacaktır.

Bu nedenle, giriş pinini referans seviyesi ve giriş sinyali ile uygun şekilde bağlayarak, belirli bir giriş sinyali için LED AÇIK veya KAPALI konuma getirilebilir.

Özel Karşılaştırıcı IC Birimlerini Kullanma

Normalde op amplifikatörler, karşılaştırıcı devreler olarak harika çalışır, ancak özel bir karşılaştırıcı IC kullanmak, bir karşılaştırıcı uygulaması için bir op amplifikatörden bile daha iyi çalışır.

Karşılaştırıcı IC'ler, özellikle karşılaştırma işlevi için ideal olarak tasarlanmıştır ve pozitif ve negatif seviyeler arasında çıkışta daha hızlı geçiş gibi gelişmiş bir yanıt gösterir.

Bu IC'ler gürültüye karşı daha yüksek bağışıklığa sahiptir ve birçok durumda çıkışlar doğrudan bir yükü sürmek için kullanılabilir.

Aşağıdaki tartışmadan birkaç popüler karşılaştırıcı IC'yi ayrıntılı olarak öğrenelim.

IC 311 kullanan Karşılaştırıcı Devresi

Yukarıdaki şekil, karşılaştırıcı IC 311'in dahili düzenini ve pin çıkışı ayrıntılarını göstermektedir. IC, herkes için standart bir uyumlu seviye olan +15 V ve -15 V aralığında çift güç kaynağından çalışmak üzere tasarlanmıştır. modern dijital IC'ler.

IC'nin içindeki çıkış aşaması, yüzer toplayıcı ve yayıcı terminallere sahip iki kutuplu bir transistöre sahiptir. Bu, bu transistörün çıktısının iki farklı şekilde yapılandırılabileceği anlamına gelir:

1. Kolektör pimi7 ile bir çekme direnci ekleyerek ve yayıcı pini1 topraklayarak ve ardından kollektörü çıkış olarak kullanarak.
2. Toplayıcıyı pozitif çizgi ile birleştirerek ve çıktı olarak yayıcıyı kullanarak.

Transistör çıkışı, herhangi bir harici tampon aşaması olmaksızın doğrudan bir lamba gibi bir röleyi veya küçük bir yükü sürmek için de kullanılabilir.

IC ayrıca bir terazi ve çıkışla kapılanabilen bir flaş girişine sahiptir.

Aşağıdaki bölümlerde bu IC'nin birkaç yararlı uygulamasını tartışacağız:

Yukarıdaki şekil, IC 311'in nasıl yapılandırılabileceğini göstermektedir. sıfır geçiş detektörü sıfır çizgisini geçtiğinde giriş voltajını algılamak için karşılaştırıcı.

311'in ters çevirme girişi (-) zemine birleşik olarak görülebilir. Giriş sinyalinin pozitif seviyede olduğu süre boyunca, çıkış transistörü AÇIK durumda kalır ve bu da çıkışta (transistör toplayıcı) bir düşük (bu örnekte -10) oluşturur.

Giriş sinyali negatife veya 0 V'un altına düştüğü anda, transistör KAPALI konuma getirilir. Bu, IC'nin toplayıcı çıkışında pozitif + 10V oluşturur. Bu, giriş sinyalinin ne zaman sıfır seviyesinin üstünde olduğunu ve ne zaman sıfır seviyesinin altına düştüğünü bilmemizi sağlar.

Aşağıdaki bir sonraki şekil, IC 311 karşılaştırıcısının stroblu bir devre yapmak için nasıl kullanılabileceğini göstermektedir.

Bu karşılaştırıcı devre örneğinde, pin3 voltaj seviyesi pin2 referansının üzerine çıktığında çıkış pini7 yüksek olacaktır. Ancak bu yalnızca pin6 strobe giriş pini düşükken veya 0 V'ta olabilir.

Transistörün tabanına yüksek bir TTL flaşı uygulandığında, pin6 düşük hale gelir ve IC çıkış transistörünün kapanmasına neden olur ve böylece pin7'nin yüksek gitmesini sağlar.

Pin3'teki giriş sinyali durumuna bakılmaksızın, TTL girişi yüksek tutulduğu sürece çıkış yüksek olmaya devam eder.

Bununla birlikte, TTL sinyali flaşlı biçimde uygulanırsa, çıkış pin3'teki giriş sinyaline yanıt verir. Basitçe ifade etmek gerekirse, pin6 strobotlu olmadığı sürece çıkış yüksek seviyede kilitli kalır.

Bir Karşılaştırıcıya Röle Nasıl Bağlanır

Aşağıdaki bir sonraki şekil, karşılaştırıcının 311 doğrudan röle işletmek .

Burada pin2 girişindeki voltaj seviyesi 0 V'nin altına düştüğünde pin3, pin2'den daha pozitif olur. Bu, dahili transistörün kolektörünün KAPALI konuma geçmesine neden olarak röleyi AÇIK konuma getirir. rölenin kontakları istenen bir anahtarlama eylemini gerçekleştirmek için daha ağır bir yükle kablolanabilir.

Pin2'deki (+) girişi 0 V'nin altında kaldığı sürece, röle AÇIK durumda kalır. Tersine, pin2'de pozitif bir sinyal mevcut olduğunda, röle KAPALI kalacaktır.

IC 339 kullanan Karşılaştırıcı Devresi

Popüler olarak LM339 olarak da yazılan IC 339, dörtlü bir karşılaştırıcı IC'dir. Yani, girişleri ve çıkışları aşağıda gösterildiği gibi IC paketinin ilgili harici pinleri aracılığıyla uygun şekilde sonlandırılan 4 ayrı voltaj karşılaştırıcısı içerir.

Diğer karşılaştırıcılar gibi, her bir karşılaştırma bloğunun birkaç girişi ve bir çıkışı vardır. IC, Vcc ve toprak besleme pimlerine voltaj uygulayarak çalıştırıldığında, tüm karşılaştırıcılara birlikte güç sağlar. Dolayısıyla, tek bir karşılaştırıcı kullanılsa bile, diğer üçünün tümü bir miktar güç tüketecektir.

Tüm karşılaştırıcılar tam olarak aynı özelliklere sahiptir, bu nedenle temel karşılaştırma işlevini öğrenmek için bunlardan herhangi birini analiz edebiliriz.

Giriş terminallerine pozitif bir diferansiyel giriş uygulandığında, yani uygulanan sinyaller arasındaki fark pozitif olduğunda, çıkış transistörünü KAPALI konuma getirir. Bu, çıkışın açık devre veya dalgalı açık göstermesine neden olur.

Diferansiyel giriş negatif olduğunda, yani giriş pinlerinde uygulanan sinyaller arasındaki fark negatif olduğunda, karşılaştırıcının çıkış piminin negatif veya V potansiyelinde dönmesine neden olan karşılaştırıcının çıkış transistörünü AÇIK konuma getirir.

Yukarıdaki şekle atıfta bulunarak, IC'nin ters çevirmeyen (+) girişi referans pini olarak kullanıldığında, ters çeviren giriş piminde (-) bu referanstan daha düşük bir voltajın çıkış ile sonuçlanacağını anlayabiliriz. karşılaştırıcı açılacak. Öte yandan (-) referans pini olarak kullanılırsa, (+) girişinde referanstan daha yüksek bir voltaj seviyesi çıkışın negatif veya V-

IC 339'un bir karşılaştırıcı gibi nasıl çalıştığını öğrenmek için, aşağıdaki örnek IC'yi sıfır geçiş detektörü olarak gösterir.

Giriş sinyali 0 V'un üzerine çıktığında, çıkış V + seviyesinde yüksek konuma getirilir. Çıkış, yalnızca giriş 0 V'nin altında tutulurken V'de KAPALI konuma getirilir.

Daha önce açıklandığı gibi, referans seviyesinin 0 V olması gerekmez, istenen başka herhangi bir seviyeye değiştirilebilir. Ek olarak, değişken giriş sinyalini kabul etmek için referans pini olarak diğer giriş pini (+) ve sinyal giriş pini olarak (-) giriş pini de kullanabilirsiniz.

Karşılaştırıcı IC'lerde Yüzer Çıkışa Sahip Olmanın Avantajı

Önceki açıklamalarda tartışıldığı gibi, karşılaştırıcıların çıkışı, çıktı olarak açık bir toplayıcıya sahip olan BJT üzerinden anahtarlanır. Bu, iki karşılaştırıcının çıkışlarını IC 339'dan doğrudan tıpkı bir OR kapısı .

Aşağıda bir pencere karşılaştırıcı devresinin güzel bir örneği görülebilir. Burada iki IC 339 karşılaştırıcı bloğu tek bir ortak giriş sinyali ile yapılandırılır ve çıkışlar OR geçidi gibi birleştirilir.

Giriş sinyali ya alt ayar eşiği ya da üst ayar eşiği geçtiği zaman ilgili karşılaştırıcıların çıkışı düşük olur, böylece kullanıcının sinyalin ayarlanan pencere seviyesinin dışında olduğunu bilmesini sağlar.

Bir pencere karşılaştırıcısı, aşağıdaki gibi yararlı uygulamalar için kullanılabilir: yüksek düşük voltaj koruyucusu devre ve güneş izci devre vb.

Sonuç

Yukarıdaki açıklamalardan şunu öğrendik:

Karşılaştırıcılar temelde iki tamamlayıcı girdiye ve bir duyarlı çıktıya sahip birimlerdir. Hangi girişin referans olarak veya sabit bir voltaj seviyesinde kullanıldığına bağlı olarak, girişlerden birindeki voltaj seviyesi diğer girişten daha yüksek veya daha düşük olduğunda çıkış yüksek veya düşük olur.

Bir op amp aynı zamanda bir karşılaştırıcı gibi kullanılabilse de, özel karşılaştırıcı IC'ler, karşılaştırıcılar gibi çalışmak için daha iyi tasarlanmıştır.

LM311, LM339 gibi özel karşılaştırıcı IC'ler, daha hızlı yanıt ve esnek bir yüksek akım çıkışı özelliği ile özellikle karşılaştırıcı uygulaması için tasarlanmıştır.

İlgili sorularınız varsa, lütfen aşağıdaki yorum kutusu aracılığıyla sormaktan çekinmeyin.