на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Двухпороговые компараторы на логических элементах

Р/л технология
1 год назад

Двухпороговые компараторы на логических элементах


В некоторых случаях возникает необходимость контроля напряжения в некотором заданном интервале пороговых значений. Для этих целей обычно применяют два ОУ с логическим элементом (рис. 1). Ранее уже публиковались варианты с использованием одного ОУ [1,2].

Рис. 1.

 

Иногда при разработке электронных устройств некоторые логические элементы оказываются незадействованными. Автор предлагает несколько вариантов реализации двухпороговых компараторов на логических элементах КМОП без использования ОУ для тех случаев, когда значения уровней меньше порога переключения микросхем, что исключает непосредственную подачу сигнала на вход логического элемента.

Первый вариант представлен на рис. 2. Значения контролируемых порогов устанавливают резисторами R3, R4. Если входное напряжение больше верхнего порога, то на входе элементов DD1.1 и DD1.2 будет низкий уровень. Поскольку элемент DD1.1 включён как инвертор, а элемент DD1.2 как повторитель, светиться будет только светодиод HL1. Аналогично, если входное напряжение меньше нижнего порога, светиться будет только светодиод HL2. В случае, когда контролируемое напряжение попадёт в интервал между порогами, светодиоды HL1 и HL2 погаснут и загорится светодиод HL3.

Рис. 2.

 

Для приведения входного напряжения к логическому уровню использован усилитель на транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером. Резистор R2 необходимо подобрать так, чтобы, во-первых, значение напряжения на нижних по схеме выводах переменных резисторов было не менее 1 В, а на верхних - не более чем напряжение питания минус 1 В. А, во-вторых, это условие должно соблюдаться при любом значении входного напряжения между контролируемыми порогами. Диоды VD1, VD2 и резистор R6 выполняют функцию ИЛИ и могут быть заменены соответствующим логическим элементом. Сопротивление резистора R5 определяется напряжением питания и необходимой яркостью свечения светодиодов. Транзистор VT1 служит для термостабилизации порогов переключения. Транзисторы необходимо подобрать так, чтобы вольт-амперные характеристики эмиттерных переходов были как можно ближе. В случае исключения транзистора VT1 контролируемые пороги напряжения будут существенно меняться при изменении окружающей температуры.

Входное сопротивление устройства определяется резистором R1, минимальный контролируемый уровень соответствует напряжению открывания p-n перехода транзистора VТ2 и приблизительно равен 0,6 В. Интервал допустимого напряжения питания равен соответствующему значению для микросхемы DD1. Разность между порогами может быть не более чем 10 % от напряжения питания. Точность сравнения - 5...50 мВ и зависит от напряжения питания и коэффициента передачи по току транзистора VT2.

Повышение минимального напряжения питания до 7 В позволяет несколько упростить устройство (рис. 3). Здесь функцию логического ИЛИ выполняют светодиоды HL1 и HL2.

Рис. 3.

 

Рис. 4.

 

Когда необходимо, чтобы светодиод светил только при нахождении входного уровня в заданном интервале, компаратор можно существенно упростить (рис. 4).

В устройстве, схема которого представлена на рис. 5, устранён недостаток, связанный с ограничением разности между порогами, однако входное сопротивление снижено и определяется параллельным включением резисторов R1 и R2, а подборку коллекторных резисторов R4 и R5 необходимо выполнить для каждого каскада.

Рис. 5.

 

В случае, если необходимо контролировать переменное напряжение или переменную составляющую постоянного напряжения, можно воспользоваться компаратором, схема которого показана на рис. 6. По сравнению с рис. 2 добавлены разделительный C1 и фильтрующий C2 конденсаторы, а также защитный диод VD1. Минимальные ёмкости конденсаторов определяются частотой сигнала. На схеме они приведены для частоты 1 кГц. Конденсатор C2 необходимо подобрать так, чтобы уровень пульсаций не приводил к паразитному переключению логических элементов. Входное сопротивление также определяется резистором R1.

Рис. 6.

 

Рис. 7.

 

Рис. 8.

 

Для увеличения входного сопротивления устройство необходимо дополнить буферным каскадом на ОУ (рис. 7) или истоковым повторителем (рис. 8). В первом случае входное сопротивление равно сопротивлению резистора R2 и может быть единицы мегом. Резисторами R1 и R2 необходимо установить среднюю точку, чтобы добиться симметричного ограничения вершин синусоиды. Во втором случае входное сопротивление - сотни мегом. Ёмкость конденсаторов C1-C3 указана для частоты входного сигнала 1 кГц.

Во всех вариантах можно применять биполярные транзисторы и диоды - маломощные кремниевые, конденсаторы - керамические или плёночные, ОУ DA1 можно использовать любой без частотной коррекции с подходящим напряжением питания. Полевой транзистор КП303А можно заменить любым маломощным с управляющим p-n переходом и каналом n-типа.

Примечание: В качестве биполярных, транзисторов с близкими параметрами и хорошим тепловым контактом желательно применить транзисторные сборки, содержащие два транзистора - КР159НТ1В, ВС847BDW, а также четыре (КС1НТ251) или пять (КР198НТ1Б) транзисторов структуры n-p-n.

Между затвором транзистора VT1 (рис. 8) и общим проводом необходимо включить резистор сопротивлением несколько десятков килоом.

Литература

1. Двухпороговый компаратор. - Радио, 1985, №7, с. 58.

2. Гричко В. Двухпороговый компаратор. - Радио, 2003, № 4, с. 32.

Автор: А. Староверов, г. Вологда

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения

Изготовление печатных плат