Компаратор lm339 схема включения – Знакомство с компараторами на примере чипа LM339

Знакомство с компараторами на примере чипа LM339

Ранее мы с вами познакомились с такими интегральными схемами, как таймер 555, счетчик 4026, логические вентили, а также сдвиговые регистры и декодеры. Теперь же пришло время узнать о компараторах. Несмотря на кажущуюся простоту, компараторы — куда более интересные устройства, чем может показаться на первый взгляд. Читайте далее, и сможете убедиться в этом самостоятельно.

Крайне наглядная картинка, объясняющая работу компаратора, была найдена мной в книге Чарльза Платта Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих. С некоторыми изменениями эта иллюстрация приведена ниже:

Компаратор имеет два входа, обозначаемые знаками минус (инвертирующий вход) и плюс (неинвертирующий вход), и один выход. Для нормальной работы выход компаратора обязательно должен быть подключен к плюсу источника питания через подтягивающий резистор. Почему нельзя было сделать это просто внутри микросхемы, скоро станет понятно.

Используется компаратор следующим образом. На инвертирующий вход подается эталонное напряжение. Когда напряжение на втором, неинвертирующем, входе больше эталонного, выход компаратора имеет высокое напряжение. Если же напряжение на неинвертирующем входе ниже эталонного, выход компаратора имеет низкое напряжение. Проще говоря, компаратор сравнивает два значения напряжения и на выходе говорит, какое больше. Входы компаратора можно использовать и наоборот, тогда выход компаратора будет инвертирован.

В качестве типичной микросхемы, содержащей внутри себя целых 4 компаратора, можно назвать LM339. Данный чип выпускается как в виде SMD-компонента, так и варианте для монтажа через отверстия. Распиновка у LM339 следующая:

Данная иллюстрация взята из даташита микросхемы [PDF].

На практике компараторы чаще всего используют одним из следующих образов:

Важно! По неудачному стечению обстоятельств, компаратор обозначается на схемах точно так же, как и операционный усилитель. Однако операционные усилители работают иначе, нежели компараторы, и их не следует путать. Определить, что именно используется в схеме, обычно можно по указанному названию чипа.

В левой части схемы изображен компаратор, чей выход соединяется с неинвертирующим входом через потенциометр или резистор. Это — так называемая положительная обратная связь. Благодаря ей достигается гистерезис. То есть, если напряжение на неинвертирующем входе будет колебаться в некотором коридоре возле эталонного, выход компаратора не будет постоянно изменяться. Если помните, триггер Шмитта (чип 74HC14) делает то же самое.

Кстати, можно заметить, что одна из связей на потенциометре в положительной обратной связи как бы лишняя. Как объяснил мне Melted Metal, так принято делать на случай потери контакта движка потенциометра с резистивной дорожкой.

Что же касается правой части схемы, на ней изображена схема двухпорогового компаратора. Если вход схемы, обозначенный, как signal, имеет напряжение между low и high, на выходе схемы образуется высокое напряжение. В противном случае напряжение на выходе низкое.

На следующем фото изображена первая схема, собранная на макетной плате:

Потенциометр слева задает напряжение на инвертирующем входе, а потенциометр справа — на неинвертирующем. Потенциометр по центру участвует в положительной обратной связи. Напряжение на обоих входах отображается при помощи миниатюрных цифровых вольтметров. Поскольку напряжение на неинвертирующем входе выше эталонного, светодиод, подключенный к выходу компаратора, горит.

Обратите внимание, что на входы неиспользованных компараторов также подается высокое и низкое напряжение. Это увеличивает надежность работы схемы и уменьшает потребляемую ею электроэнергию. Не имеет значения, на какой из входов подается высокое напряжение, а на какой — низкое. Главное, чтобы выход каждого отдельного компаратора был строго определен.

Вторую схему в собранном виде здесь я не привожу. Так что, вам придется поверить мне на слово, что она работает 🙂

Помимо всех озвученных выше, следует иметь в виду еще пару важных моментов:

  • Через компаратор не следует пропускать слишком большой ток. Ток больше 20 мА может его сжечь;
  • Напряжение на выходе компаратора может быть как выше, так и ниже напряжения на любом из входов. То есть, выход можно питать от совершенно другого источника питания. А питание на саму микросхему при этом может идти от третьего. Для правильной работы микросхемы нужно только, чтобы все эти источники имели общую землю;

Последнее обстоятельство позволяет использовать компаратор в качестве преобразователя уровня сигнала. Кроме того, теперь наконец-то стало ясно, зачем были все эти сложности со внешним подтягивающим резистором.

Вообще, компаратор можно рассматривать, как очень простой вольтметр или АЦП. В частности, с его помощью не представляет труда собрать индикатор уровня заряда Li-Ion аккумулятора. Если же у вас есть лишний фоторезистор (см заметку Мои первые страшные опыты с Arduino) или фототранзистор, на базе компаратора можно сделать датчик освещения. Если же вместо фоторезистора воспользоваться термометром типа TMP36, можно собрать устройство, управляющее кулером или кондиционером, способное регулировать температуру.

Наконец, компаратор можно использовать в качестве логического элемента НЕ, а также, если соединить выходы нескольких компараторов, в качестве элемента И. Отсюда несложно получить ИЛИ, по форуме x || y = !(!x && !y), ровно как и любую другую булеву функцию. Само собой разумеется, при желании можно придумать и другие применения.

А какие безумные варианты использования компараторов приходят вам на ум?

Метки: Электроника.

eax.me

Рассчитываем свою первую схему, или Торжество закона Ома.

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Рассчитываем свою схему >

Рассчитываем свою первую схему, или Торжество закона Ома.


Расчет абсолютно бесполезного в большинстве случаев устройства рассмотрим ниже. Это индикатор напряжения на 12В аккумуляторе типа «Светодиодная линейка». Должен сказать, что мне для конкретного применения потребовался индикатор напряжения на аккумуляторе на 4 уровня — 10, 11, 12 и 13вольт. Имеется ввиду, что аккумулятор с напряжением 10вольт считается разряженным, а с 13вольт — заряженным. Да, измерения проводить этим устройством смысла нет, а вывести его на переднюю панель устройства — пусть глаз радует.


С чего начнем расчеты? Прежде всего, с выбора элементной базы. Очевидно, что в схеме должно быть некое устройство, чувствительное к изменению какого-то параметра и выдающее ответ типа «больше-меньше» — это компаратор. Как работает компаратор, мы уже рассматривали в Обучалке, я просто напомню:


Общее правило компаратора: «если напряжение на неинвертирующем (+) входе больше, чем на инвертирующем (-), то выдать ответ ДА». Ответ ДА — это не что иное, как плюс питания компаратора. Ответ НЕТ — это минус питания, логично. Запомнить, нам пригодится.

Повесим компаратору на входы по батарейке, смотрим:

Напряжение на входе «+» равно 6 вольт

Напряжение на входе «-» равно 5 вольт

Значит, компаратор выдаст на своем выходе напряжение, равное своему питанию (12вольт) и у нас загорится светодиод VD2. VD1 будет погашен. Если нам обе батарейки поменять местами, то будет гореть светодиод VD1, а VD2 будет погашен.

Размышляем, приходим к выводу, что для индикации четырех уровней напряжения нам потребуются четыре компаратора.

Пошукав в загашниках, порывшись в коробочках, нахожу удивительно простой счетверенный компаратор LM339. Почитав даташит, рисую цоколевку:


С левой стороны — входы компараторов. Инвертирующие входы обозначены кружочками, неинвертирующие — простые. С правой стороны — выходы (напротив инвертирующих входов) и лапки питания (лапка 3 — плюс питания, лапка 12 — минус питания).

У этой микры есть одна особенность — она не выдает ответ «ДА». То есть НЕТ она выдать может, а ДА — увы. Или НЕТ, или ничего. Почему? Смотрим структурную схему:


Это один (любой) компаратор из LM339. Смотрите на транзистор Q8 — выходной транзистор. Если на входе «+» напряжение меньше, чем на «-«, Q8 открывается и на выходе «Output» формируется минус питания — ответ НЕТ. А такого же транзистора, только с плюса, у нее нет: значит, ДА она нам не выдаст. Видимо, не хватило места в микросхеме. Шутка. Такой выход называется «Выход с открытым коллектором» и довольно часто попадаются микросхемы, построенные именно так — это и логические схемы, и компараторы и дешифраторы и пр.

Но открытый коллектор не помешает нам пользовать микросхему так, как нам хочется. Давайте повесим на нее светодиоды.

Как мы уже поняли, у компараторов из LM339 только один транзистор может зажечь светодиод, и зажечь может, только подав на него минус. Значит, вторые лапки светодиодов должны идти на плюс. Иначе не загорятся.


Поскольку схема будет питаться тем же напряжением, которое измеряет, а светодиоды таких напряжений не любят, включим их через токоограничивающие резисторы R1…R4.

Рассчитаем резисторы. Причем, используя один-единственный закон Ома. И не забывая о том, что ток измеряется в Амперах, напряжение в Вольтах, сопротивление — в Омах.

Светодиод D1 — зеленый, АЛ307Н — с этой буквой он самый яркий (6мкд). По справочнику максимальный ток 22мА при напряжении на диоде 2В. Гонять на максимальном токе мы его не будем, выберем поменьше, к примеру, 17мА. Загораться он будет при напряжении питания 13вольт. Резистор R1 должен погасить на себе лишнее напряжение (напряжение падения), равное
Uпад=13-2=11В

при токе через диод (впрочем, такой же, что и через резистор), равном
Iд=17мА,

значит его сопротивление будет равно
R=Uпад/Iд=11/0,017=647Ом.

Выберем резистор из ряда стандартных сопротивлений — 680Ом. Это, правда, уменьшит ток через диод, ну и ладно — дольше жить будет.

Со светодиодом D2 посложнее — он должен загораться при напряжении 12вольт, но должен гореть и при 13вольтах.

Выбираем желтый светодиод АЛ307Ж — те же 22мА при падении 2В. При напряжении питания 13В и токе 17мА, резистор, очевидно, будет таким же. А какой ток будет через диод на 12вольтах?
I=(12-2)/680=14,7мА

Что, впрочем, не уменьшает его яркость. Или уменьшает, но не намного.

Так же рассчитываем резисторы R3 и R4 для светодиодов D3 (АЛ307Ж) и D4 (АЛ307К):

R3=R2, так как светодиоды D3 и D2 одинаковые — желтые.

А у D4 ток уже не 22мА, а 20, поэтому выберем рабочий ток до 15мА и посчитаем резистор:
Uпад=13-2=11В
Iд=15мА
R=Uпад/Iд=11/0,015=733Ом.

Выберем штатный резистор 750Ом и посчитаем ток через диод при десяти вольтах питания (D4 должен зажечься при питании 10В):
Uпад=10-2=8В
R=750Ом
I=8/750=10,6мА

Здесь нам нужно поставить следственный эксперимент и проверить, как ярко горит красный светодиод на токе 10мА. Берем блок питания, выставляем у него напряжение 10вольт и подключаем к нему светодиод АЛ307К, включенный последовательно с резистором 750Ом.

Нормально?

А теперь увеличим напряжение до 13вольт и снова проверим.

Годится?

Замечательно. Эту часть схемы мы рассчитали, уфф! Она приобрела такой вид:


Следующая часть расчетов — тепловая. Нам нужно проверить, как будут греться резисторы и выбрать их мощность. Формула для расчета мощности так же проста, как сам закон Ома:
P=UI

В нашем случае U это напряжение падения на резисторе, I — ток через него. Вообще просто. Итак, считаем мощность, выделяемую резистором R1 при зажигании светодиода.

Ток берем штатный, напряжение — самое тяжелое для резистора — при питании схемы максимальным напряжением:
P=Uпад*Iд=11*0,017=0,187Вт.

Это больше, чем допустимая мощность для самого мелкого резистора (0,125Вт), поэтому выберем резистор R1 чуток помощнее, типа МЛТ-0,25.
Резисторы R2 и R3 будут такими же, ведь токи через них те же и максимальные напряжения такие же.

Резистор R4 посчитаем, давайте уж:
P=Uпад*Iд=11*0,015=0,165Вт.

Ну и его туда же. Все резисторы МЛТ-0,25.

Сделаем паузу, мы устали.


Снова ффперед!

Как компаратор определит, что измеряемое напряжение повысилось до какого-то уровня? Ему же надо его с чем-то сравнить, так ведь? То есть нам требуется какой-то источник напряжения, неизменного в пространстве и времени: Напряжения, которое не менялось бы при изменении питания устройства во всем диапазоне +9:+13В. Напряжение это должно быть стабилизировано: что же это? Правильно, стабилитрон!
Про него опять же написано много слов, песен спето различных, блоков питания напаяно: но всё же напомню, что сие есть такое. Стабилитрон — это диод с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Проще говоря, это такой диод, который держит постоянным напряжение на себе при изменении тока через него.

Поставим лабораторный опыт. Приобретем (или спаяем откуда-нибудь, роли не играет абсолютно никакой) стабилитрон КС147Г. Его параметры такие:

Напряжение стабилизации 4,2…5,2В (номинальное 4,7В)

Ток стабилизации 1…26мА

Всё это значит, что при изменении тока через него от 1 до 26мА напряжение на стабилитроне будет меняться от 4,2 до 5,2вольт. Как это понять и применить на практике?

Смотрим схему:


Резистор R1 задает стабилитрону необходимый ток. Параллельно стабилитрону подключим вольтметр — он будет измерять напряжение стабилизации Uст. Регулируя напряжение на блоке питания 0…12В, наблюдаем показания вольтметра:

0…5В — вольтметр показывает нарастание напряжения до 4В

5…12В — вольтметр показывает увеличение напряжения 4…5В

Видали? Мы изменили напряжение на 7вольт, а получилось — всего на 1вольт!
Давайте подумаем, в чем он нам может пригодиться и как из него вытащить пользу.

Корыстные мы, да.
Напряжение, которое выдает нам стабилитрон, назовем опорным напряжением. Это для него оно — напряжение стабилизации, а для нас — опорное. Вот с этим самым опорным напряжением наши компараторы будут сравнивать измеряемое напряжение и выдавать диагноз — изменилось ли оно или нет, зажигать нам светодиоды или пущай тухнут.

Рассуждаем логически: поскольку светодиоды зажигаются на ответе компаратора «НЕТ», это значит, что сравниваемое напряжение поднялось выше опорного. Следовательно, опорное напряжение нам нужно подать на неинвертирующие входы компараторов. Входы можно соединять меж собой без вреда озоновому слою Земли и численности населения китайцев. Последствий не будет никаких. Так и сделаем:


Неинвертирующие входы компараторов мы соединили и кинули стабилитрон на землю и резистор на плюс питания. Этот «плюс питания» у нас будет одновременно и питанием, и измеряемым напряжением, да и Бог с ним! Опорное напряжение будет стабилизировано.

Резистор R5 требует расчета, займемся им:

Максимальное напряжение схемы 13В

Напряжение стабилитрона 4,7В

Падение напряжения на резисторе R5 равно
Uпад=13-4,7=8,3В

Максимальный ток стабилизации стабилитрона Iд=26мА, но мы выберем поменьше, к примеру, 15мА. Тогда сопротивление резистора R5 посчитаем
R=Uпад/Iд=8,3/0,015=553Ом

Выберем резистор 560Ом из существующих в ряду стандартных сопротивлений.

Проверим, укладываемся ли мы в стабилизацию при минимальном питании:

Минимальное питание 10В

Сопротивление резистора R5 560Ом

Ток через стабилитрон посчитаем, предположив, что напряжение на стабилитроне не изменилось:
Iд=Uпад/R=(10-4,7)/560=9,4мА

Если бы напряжение стабилитрона упало ниже 4,7В (к примеру, до минимального 4,2В), ток стабилитрона все равно находился бы в диапазоне допустимых (выше 1мА), что нам и требуется. Принимаем R5 равным 560Ом.

Смотрим, что у нас получилось:


Светодиоды я подписал, чтобы было нагляднее.

На свободные лапки компараторов нужно завести измеряемое напряжение, но как-то так, чтобы оно соответствовало зажигаемому светодиоду. Ну не напрямую же их соединять, так ведь?

Смотрим на самый нижний компаратор:

На его неивертирующем входе напряжение 4,7В. Чтобы зажечь светодиод D4 (то есть выдать ответ НЕТ), на инвертирующем входе должно быть напряжение больше 4,7В — это порог срабатывания при повышении входного напряжения до 10В. Нам нужно эти самые 10В завести на инвертирующий вход, но чтобы они выглядели на нем как 4,7В. Как-то надо поделить эти 10вольт до 4,7. Как? Очень просто — делителем напряжения.

Простейший делитель напряжения состоит из двух резисторов.


Входное напряжение может быть любым, а выходное напряжение будет ровно в 2 раза меньше входного. Надо сказать, что делитель напряжения не выдает какой-либо мощности, то есть использовать его в блоках питания нельзя. Можно только получать маломощные, слаботочные напряжения в качестве сигналов управления, ослабить звук перед усилителем: много применений у делителя, но все они — ну никак не про мощность.

Значит, нам надо 10вольт поделить до 4.7. Будем думать.


На вход делителя мы подаем 10В, снимаем 4.7В. На нижнем резисторе (он называется «нижнее плечо делителя») мы видим 4,7В, на верхнем резисторе (верхнее плечо делителя) упадет разница между напряжениями, то есть 5,3В. Отношение 5,3/4,7 будет разницей между резисторами. 5,3/4,7=1,13 раза. В эти 1,13 раза будут отличаться сопротивления резисторов. То есть, если нижний резистор будет 10кОм, то верхний надо искать на 11,3кОм — в таком случае мы получим ровно 4,7В на выходе при входном 10В. Номинал 11,3кОм найти сложно, но можно удвоить оба резистора — соотношение между ними останется таким же — 1,13раза, а номиналы 20кОм и 22,6кОм искать легче — 22,6кОм можно заменить на 22, будет небольшая погрешность, ну и ладно. Нам это не страшно.

Конечно, сам делитель будет потреблять какой-то ток от источника входного напряжения, и нужно, чтобы тот источник входного напряжения мог обеспечить такой ток. Мы не будем рассчитывать всё до мелочей, я скажу только, что делитель с килоомными резисторами меньше потребляет ток, чем с омными резисторами, и плясать мы будем именно от килоомных резисторов.

Итак, мы определили 2 резистора для первого компаратора. Верхний резистор мы подключаем к плюсу питания, ведь оно у нас и питание, и измеряемое напряжение одновременно. Выходное напряжение подаем прямо на компаратор, на лапку 10. Точно так же рассчитаем все остальные делители:

Для компаратора, индицирующего порог «+11В»:

Входное напряжение 11В

Опорное напряжение 4,7В

Падение напряжения на верхнем плече делителя Uпад=11-4,7=6,3В

Отношение резисторов равно 6,3/4,7=1,34 раза

Если нижний резистор 10кОм, то верхний будет R=10*1,34=13,4кОм

Резистора 13,4кОм у нас нет, зато удвоенный резистор 13,4*2=26,8кОм можно заменить на 27кОм. В таком случае удвоим и нижний резистор — он будет не 10кОм, а 20.

Для компаратора «+12В»:

Входное напряжение 12В

Опорное напряжение 4,7В

Падение напряжения на верхнем плече делителя Uпад=11-4,7=7,3В

Отношение резисторов равно 7,3/4,7=1,55 раза

Если нижний резистор 10кОм, то верхний будет R=10*1,55=15,5кОм

Резистор 15,5кОм можно заменить на 15кОм. Это некритично. Нижний резистор остается прежним — 10кОм.

Для компаратора «+13В»:

Входное напряжение 13В

Опорное напряжение 4,7В

Падение напряжения на верхнем плече делителя Uпад=13-4,7=8,3В

Отношение резисторов равно 8,3/4,7=1,77 раза

Если нижний резистор 10кОм, то верхний будет R=10*1,77=17,7кОм

Существует номинал 18кОм, нам подойдет. Нижний резистор — 10кОм.

Наша схема снова немного преображается:


Можно считать эту схему законченной — она будет работать, причем вполне сносно. Свои функции выполнять будет. Ее преимущество в том, что можно легко изменить пороги срабатывания каждого компаратора в отдельности, не мешая другим. Дальше мы рассмотрим, как можно немного упростить эту схему, и чуток ее доработаем.


Вопросы, как обычно, складываем тут.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

LM393 DIP Cдвоенный компаратор.

50 шт. LM393 DIP Cдвоенный компаратор. US $2.00

Опрос: Изготавливали ли Вы что-нибудь своими руками? (Кол-во голосов: 507)

Да, много чего

Да, было разок

Нет, пока изучаю для того, чтобы изготовить

Нет, не собираюсь

Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа.
Результаты

В электронике, компаратор представляет собой устройство, которое сравнивает между собой два электрических сигнала и выводит цифровой сигнал, указывающий на увеличение одного входного сигнала над другим. Компаратор имеет два аналоговых входа и один цифровой выход.

Компаратор, как правило, построен на дифференциальном усилителе с высоким коэффициентом усиления. Компараторы широко используются в устройствах, которые измеряют и оцифровывают аналоговые сигналы, например, в аналого-цифровых преобразователях (АЦП)

Примеры работы компаратора приведены на основе микросхемы LM339 (счетверенный компаратора напряжений) и LM393 (сдвоенный компаратор напряжения). Эти две микросхемы по своему функционалу идентичны. Компаратор напряжения LM311 так же может быть использован в данных примерах, но он имеет ряд функциональных особенностей.

Компаратор напряжения — выход с открытым коллектором

Как правило, выход компаратора напряжения представляет собой выход с открытым коллектором.

Выход открытый коллектор имеет отрицательную полярность. Это означает, что на этом выходе не бывает положительного сигнала и нагрузка должна подключаться между этим выходом и источника питания.

В некоторых схемах к выходу компаратора подключают нагрузочный (подтягивающий) резистор для того, чтобы обеспечить сигнал высокого уровня поступающего на вход следующего элемента схемы.

Операционные усилители (ОУ), такие как LM324, LM358 и LM741 обычно не используются в радиоэлектронных схемах в качестве компаратора напряжения из-за их биполярных выходов. Тем не менее, эти операционные усилители могут быть использованы в качестве компараторов напряжения, если к выходу ОУ подключить диод или транзистор для того чтобы создать выход с открытым коллектором.

Ниже представлена логика работы компаратора имеющий выход с открытым коллектором:

Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет ниже, чем напряжение на входе (-). И соответственно ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет выше, чем напряжение на входе (-).

Схема эквивалента компаратора напряжения с однополярным источником питания

Принципиальная схема «компаратор напряжения» эквивалентна работе операционного усилителя, например, LM358 или LM324, имеющим на выходе два транзистора типа NPN (см. выше). Таким образом, можно сделать все 4 выхода ОУ (LM339) с открытым коллектором. Каждый такой выход может выдерживать ток нагрузки 15 мА и напряжение до 50 вольт.

Выход включается или выключается в зависимости от относительных напряжений на плюсовом (+) и минусовом (-) входах компаратора. Входы компаратора крайне чувствительны и разница напряжения между ними всего лишь в несколько милливольт приводит к переключению его выхода.

Схема эквивалента компаратора напряжения с двухполярным источником питания

Компараторы напряжения LM339, LM393 и LM311могут работать с одно- или двухполярным источником питания до 32 вольт максимум.

При работе с двухполярным питанием, режим сравнения напряжения остается таким же, за исключением того, что для большинства схем эмиттер выходного транзистора подключается к отрицательной шине питания, а не к общей цепи. Исключением из этого правила является операционный усилитель LM311, имеющий изолированный эмиттер, который можно подключить как к минусу однополярного источника питания, так или к общему проводу двухполярного.

При работе с двухполярным источником питания, входное напряжение может быть выше или ниже относительно общего провода блока питания. Кроме того, один из входов компаратора может быть подключен к общему проводу, таким образом создается детектор «пересечение нуля».

Описание работы компаратора

Следующий рисунок показывает простейшую конфигурацию для компаратора напряжения, а так же графическое изображение режима его работы. В этой схеме опорное напряжение составляет половину напряжения питания, а входное напряжение может меняться от нуля до напряжения питания. В теории опорное и входное напряжение могут иметь значение от нуля и до напряжения источника питания, но есть реальные ограничения, зависящие от конкретно используемого компаратора.

Сигнал на выходе:

  1. Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс (+) ниже, чем напряжение на входе минус (-).
  2. Ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс выше, чем напряжение на входе минус.

Входное напряжение смещения компаратора

Компараторы не являются совершенными устройствами, и их работа может иметь недостаток от последствий такого параметра, как входное напряжение смещения. Входное напряжение смещения для многих компараторов может составлять всего несколько милливольт и в большинстве схем может быть проигнорировано.

В основном проблема, связанная с входным напряжением смещения возникает, когда входное напряжение изменяется очень медленно. Конечным результатом входного напряжения смещения является то, что выходной транзистор не полностью открывается или закрывается, когда входное напряжение находится недалеко от опорного напряжения.

Следующая диаграмма иллюстрирует эффект смещения входного напряжения возникающий в результате медленного изменения входного напряжения. Этот эффект возрастает при увеличении выходного тока транзистора. Поэтому, для уменьшения этого эффекта, необходимо обеспечить максимальное сопротивление резистора R4.

Последствия входного напряжения смещения можно уменьшить, добавив в схему гистерезис. Это приведет к тому, что опорное напряжение будет меняться, когда выход компаратора переходит на высокий или низкий уровень.

Входное напряжение смещения и гистерезис

Для большинства схем построенных на компараторах, величина гистерезиса является разностью напряжений входного сигнала, при котором выход компаратора либо полностью включен или полностью выключен. Гистерезис в компараторах, как правило, нежелателен, но он может потребоваться, когда необходимо уменьшить чувствительность к шуму или при медленном изменении входного сигнала.

Внешний гистерезис использует положительную обратную связь (ПОС) с выхода на неинвертирующий вход компаратора. В результате полученный триггер Шмитта обеспечивает дополнительную помехоустойчивость и более чистый выходной сигнал.

Эффект от использования гистерезиса в том, что при постепенном изменении входного напряжения, а опорное напряжение будет быстро изменяться в противоположном направлении. Это обеспечивает чистое переключение выхода компаратора.

Механический аналог гистерезиса может быть обнаружен в разнообразных тумблерах. Как только рукоятка тумблера перемещается мимо центральной точки, пружина в тумблере переводит контакты реле в гарантированное положение (открытое или закрытое).

Гистерезис является неотъемлемой частью большинства компараторов составляющая всего несколько милливольт и он обычно влияет только на схемы, где входное напряжение поднимается или падает очень медленно или имеет скачки напряжения, известные как «шум»…

Купить LM393 DIP Cдвоенный компаратор. за $2.00

Поделитесь с друзьями статьей:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

alielectronics.net

Компаратор LM393 | Random stuff

Прошло почти два года с тех пор, как я пытался приручить операционный усилитель УД708 для сравнения двух сигналов. Знаний тогда было мало, поэтому времени уходило много, а главное — еще и безрезультатно. Но в итоге для своей задачи я смог «договориться» с компаратором LM393N. А на днях перебирал поделку, в которой впервые использовал эту микросхему, и решил вспомнить, как работает компаратор. Заодно и другим рассказать.
Компаратор — это устройство, сравнивающее два аналоговых сигнала. В самом простом случае — операционный усилитель без обратных связей. На входы ему подаются два напряжения — эталонное, оно же опорное (известно заранее) и измеряемое. На выходе возможны два состояния:

«1» — когда напряжение на прямом входе больше, чем на инвертирующем;
«0» — когда напряжение на прямом входе меньше, чем на инвертирующем.

Некоторые компараторы самостоятельно формируют уровни логических нуля и единицы (например, «ноль» — это ноль, «единица» — плюс пять вольт), но LM393 — с открытым коллектором. Ей для создания выходного напряжения нужен внешний резистор, подключающийся либо к «плюсу» питания, либо к другому «плюсу» (в разумных пределах, конечно).

Первые две схемы — каноничное включение нагрузки под открытый коллектор. Я подключал внешний резистор к питающему «плюсу».

Включение 1


В корпусе микросхемы содержатся два компаратора.
IN (-) — инвертирующий вход, IN (+) — прямой. Сейчас делитель подключен на инвертирующий вход, измеряемое напряжение — на прямой.
R1 и R2 — резистивный делитель, с которого идет опорное напряжение.
R3 — внешний резистор. Я для экспериментов взял 1 кОм.
R4 — токоограничивающий резистор для светодиода. Для другой нагрузки (например, обмотки реле) он может оказаться ненужным.


Питание — 9 вольт. С делителя (желтый провод) идут 6 вольт. Синий провод (измеряемое напряжение) идет к потенциометру ручной регулировки.
хемы на фотографиях могут несколько отличаться друг от друга — было две серии экспериментов).


Напряжение на прямом входе (0 В) меньше, чем напряжение на инвертирующем (6 В). Компаратор выдает «ноль».


Напряжение на прямом входе (6,14 В) стало больше, чем на инвертирующем. Компаратор «перещелкнулся» на «единицу», светодиод включился.

Где можно применить: индикатор закипания охлаждающей жидкости.


Опорное напряжение задается равным напряжению, которое выдает датчик температуры при ста градусах.

Включение 2


Измеряемое напряжение подается на инвертирующий вход, опорное — на прямой.


Пока напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на прямом, компаратор выдает «единицу», и светодиод горит. В противном случае — «ноль».

Где можно применить: индикатор низкого давления масла.


Опорное напряжение задается равным напряжению, которое выдает датчик давления при критически низком давлении в системе.

Индикатор «топливо на исходе».


Опорное напряжение задается равным напряжению, которое выдает датчик уровня при малом остатке топлива в баке.

Индикатор разряда батареи. Здесь опорное напряжение лучше создать стабилитроном, а измеряемое подавать через делитель. Очень хорошо об этом написано здесь. Такую железяку я собирал — работает.

И еще две схемы — неканоничное включение нагрузки: светодиод через резистор подключается непосредственно к выходу компаратора. В этом случае логика его работы обратна.

«0» — когда напряжение на прямом входе больше, чем на инвертирующем;
«1» — когда напряжение на прямом входе меньше, чем на инвертирующем.

Включение 3


Опорное напряжение — на инвертирующем входе, измеряемое — на прямом.


Напряжение на прямом входе меньше, чем на инвертирующем — светодиод горит. В противном случае — нет.

Включение 4


Измеряемое напряжение подается на инвертирующий вход, опорное — на прямой.

 
Пока напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на прямом, компаратор выдает «ноль», и светодиод не горит. Иначе — «единица».

Вообще, лучше, конечно, пользоваться первыми двумя общепринятыми схемами, чтобы не было путаницы.


Еще один важный момент — подключение нагрузки (светодиода) к другому напряжению (как мог, изобразил 24 вольта). Справедливо для любого из ранее изображенных включений.

О нагрузке. В даташите о максимальном токе коллектора сказано, что больше 6-20 мА микросхема не выдаст. То есть включить один светодиод — не проблема, а вот что побольше…


Кусок светодиодной ленты, подключенный прямо к выходу компаратора (по третьей или четвертой схеме, без резистора R3) светил слабо (1 мА). Пришлось поддать напряжения до 12 вольт, и тогда ток коллектора вырос до 14 мА. При подключении ленты напрямую к блоку питания — 32 мА. Таким образом, как ни крути, а максимум, что можно получить конкретно от этой LM-ки — 14 мА.

Вывод — что-то прожорливое есть смысл пускать через транзистор, загнанный в ключевой режим. При этом каскаду с общим эмиттером, инвертирующему сигнал, как нельзя лучше подойдет третья или четвертая схемы включения. Ведь если сигнал инвертировать дважды — получится опять исходный сигнал.
Например, на прямом входе компаратора «единица» (по привычной логике — на прямом входе напряжение больше, чем на инвертирующем). Третья схема сделает из нее «ноль» на выходе. А каскад с общим эмиттером, «перевернув» этот «ноль», опять даст «единицу».


Стрелка цепляется к выходу компаратора (R1 — это R3 из предыдущей схемы). R2, возможно, придется подобрать: если он будет слишком маленьким, то транзистор может сгореть, а если слишком большим — не откроется (можно попробовать 4,7 кОм). При подаче «единицы» в базе транзистора должно быть примерно 0,7 В (для кремния). К R3 тоже есть вопросы, но слишком малым и он не должен быть.


Моделирование. Когда на входе «ноль» (а «ноль» третьей и четвертой схемы — это в нормальном включении «единица»), то на выходе — «единица», светодиод работает. С чего начали, к тому и пришли — «единица» опять стала сама собой.


Теперь, когда на входе «единица», то на выходе «ноль». Вот она, знаменитая инверсия каскада с общим эмиттером!

А если включать нагрузку в коллектор транзистора, то «единицы» и «нули» по входу и выходу будут совпадать.
В общем, простор для творчества — колоссальный.

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Похожее

huxfluxdeluxe.wordpress.com

USB зарядное устройство на компараторе LM393 — ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ — radio-bes

Я
всегда жаловался на зарядные устройства, когда мне перед уходом нужно
было что-то быстро зарядить. Этот проект упростил задачу, так как само
устройство питается от USB-порта ноутбука, и способно зарядить пару
вышеупомянутых батареек.
Любой USB-порт может отдать 500мА при 5В. Но
USB-устройства стандартно потребляют не более 100мА, поскольку порт
имеет запас, это делает его идеальным источником энергии.
Есть и коммерческие зарядные устройства такого типа, но каждое из них имеет свои недостатки:
1)
USB Cell это NiMH AA батарейка, ёмкостью 1300mAh со съемным верхом, что
позволяет ей быть подключенной непосредственно к порту USB. Отдельное
зарядное не требуется. К сожалению, емкость является очень маленькой
(большинство NiMH AA батареек имеют ёмкость 2500mAh), и каждая требует
свой собственный порт.
2) Существует два ЗУ на USB батарейках АА
типа, продаются под разными названиями, но они заряжают на очень низких
скоростях в 100 мА. Дистрибьютор называет их «овернайт зарядное», при
такой скорости заряда батарейка ёмкостью 2500мА будет заряжаться около
40 часов.
Зарядное устройство в этом проекте предназначено для
зарядки двух АА NiMH или NiCd батареек любой ёмкости при токе около
470mA. Оно будет заряжать 700mAh NiCd батарейку около 1,5 часов, 1500mAh
NiMH около 3,5 часов, и 2500mAh NiMH около 5,5 часов. Зарядное
устройство включает средство автоматической зарядки, отключение схемы в
зависимости от температуры, сами батарейки можно оставить в зарядном
устройстве на неопределенный срок после отключения.

Технические условия
Это зарядное устройство имеет следующие технические характеристики:

Размер: 3.8 «Д х 1.2» Ш х 0,7 «В (9.7cm х 3.0cm х 1,5 см).
Аккумуляторы: Два, А.А. размера, NiMH или NiCd типа.
Зарядный ток: 470mA
Зарядка методом терминации: Температура батареи (33 ° С)
Tок подзарядки: 10 мА
Источник питания: настольный компьютер, ноутбук или USB-концентратор.
Условия эксплуатации: -15 ° С до 25 ° С (59 ° F до 77 ° F)

Схема
Сердце
этого зарядного устройства Z1A, одна половина LM393-двойного
компаратора напряжения. Выход (контакт 1) может быть в одном из двух
состояний, высоком или низком. Во время зарядки, выход нагружен на
транзистор Q1 и подает на него через резистор R5 около 5.2мА. Q1 имеет
бета-около 90, так что к аккумуляторам будет доходить около 470mA
зарядного тока.
Во время зарядки, R1, R2 и R4 образуют трехсторонний
делитель напряжения, который дает 1,26В на не инвертирующий вход Z1A
(контакт 3, Vref).

TR1 представляет собой термистор, что
находится в прямом контакте с аккумулятором. Он имеет сопротивление 10
кОм при 25 ° C (77 ° F), которое обратно пропорционально температуре
примерно на 3,7% за каждые 1С ° (1.8F °). R3 и TR1 образуют делитель
напряжения, значение которого подается на инвертирующий вход (контакт 2,
Vtmp). При температуре 20 ° C (68 ° F), TR1 имеет сопротивление 12kΩ,
на входе Vtmp при этом 1.76V. По мере повышения температуры батареек,
устойчивость TR1 падает. При 33 ° С (91 ° F), сопротивление будет около
7.4kΩ, на Vtmp при этом 1,26В, что соответствует напряжению Vref.

Когда
температура поднимается выше 33 ° С, Vtmp станет меньше Vref , а выход
Z1А будет высоким и откроет коллектор. Таким образом, ток, протекающий
через R5 значительно снизится, так как он теперь ограничен R1, R2 и R4. В
результате ток, протекающий через Q1 и батареи уменьшается до 10 мА.

Кроме
того, поскольку R4 теперь подключен к +5 В через R5 и Q1, вместо того,
чтобы давать 0.26V на Z1A, напряжения Vref изменится примерно до 2.37V.
Это гарантирует, что, когда температура элемента падает, зарядное
устройство не включится. Для того чтобы достичь Vtmp 2.37V,
сопротивление TR1 должно было бы составить около 20 кОм, что
соответствует температуре около 6 ° C (43 ° F), которая недопустима в
комнате.

Z1B является другим компаратором LM393, и если
внимательно посмотреть на схему, то он выполняет то же сравнение, что и
Z1A. Это приводит в действие индикатор, обозначающий, что зарядка
продолжается. R6 ограничивает ток светодиода до 10 мА. Запустив LED от
собственного компаратора (который находится в чипе, используете эго или
нет), текущий индикатор не оказывает никакого влияния на Vref.

Наконец,
C1 используется, чтобы гарантировать, что зарядка начинается, когда
пара батареек вставлена. При отсутствии батареек устройство отключено.
Как только вторая из двух вставляется, положительная сторона С1
подключена к напряжению батарей (около 2,4). Через несколько секунд
потенциалы на конденсаторе выравниваются, и он больше не влияет на
схему.

Конструкция
Схемy лучше собрать на печатной плате.
Начните
с установки всех резисторов и конденсатора. Резисторы должны быть
установлены в горизонтальном положении. Установите LED1, чтобы
отрицательный вывод был подключён к контакту 7 Z1B.
Установите Z1
рядом, гарантируя, что контакт 1 (обозначается маленькой точкой на одном
углу IC) ориентирован, как показано на схеме размещения. Если хотите,
используйте разъем для Z1.

Транзистор Q1 установите на небольшом
радиаторе. Согните контакты на 90 ° только там, где они начинают
сужаться. Не сгибайте их слишком резко, они могут сломаться.
Далее установите держатель батареек и приклейте его к плате. Затем закрепите термистор.
Последний шаг-подсоединение USB-кабеля, его можно либо купить, либо отрезать от старой мышки. Не попутайте распиновку проводов.

Тестирование
Перед
подключением зарядного устройства к источнику питания, проверьте
тщательно вашу работу. Убедитесь, что все компоненты правильно
ориентированы (в частности, Q1, LED1, Z1, и держатель батареи).
Для
начальных испытаний, я предлагаю вам использовать активный
USB-концентратор. Используя концентратор, вы убедитесь, что зарядное
устройство не получает питание от компьютера, так как дефект в зарядном
устройстве может привести к повреждению источника питания. Кроме того,
можно использовать регулируемый источник питания 5В, временно
подключенный к +5 В и GND на печатной плате.

При подаче
напряжения, проверьте, что индикатор не горит. Если он включен,
использовать 330Ω резистор чтобы закоротить TR1 на мгновение. Если
светодиод не гаснет, что-то не так.

С выключенным светодиодом,
измерите напряжение между GND и Vref (контакт 3 Z1). Оно должно быть
примерно 2.37V. Оно может быть немного больше или меньше в зависимости
от конкретного напряжения и значения резистора. Также проверьте
напряжение на Vtmp (контакт 2). При комнатной температуре, оно должно
быть в диапазоне от 1.60V до 1,85, в зависимости от температуры.

Теперь
вставьте пару одинаковых А.А. NiMH батареек, предпочтительно те,
которые частично или полностью не разрядились. Как только вы вставите
вторую батарейку, светодиод должен загореться. Измерьте напряжение Vref
снова, оно сейчас должно быть около 1,26. Vtmp также может быть изменено
немного, из-за падения напряжения питания, вызванного нагрузочной
способностью блока питания.

Зарядное устройство в настоящее время
заряжает и напряжение на клеммах аккумуляторов увеличится через
некоторое время. Когда ёмкость достигает около 75 %, скорость заряда
увеличивается снова. Наконец, когда батареи достигают 100 % заряда,
напряжение начнет снижаться. От 15 до 20 минут спустя, зарядное
устройство следует отключить.

Стоит также измерить ток заряда.
Если измеренный ток, I, слишком высокий или слишком низкий, замените R5 другим значением согласно следующей формуле:

R5 = 1,6хI
Используйте
ближайшее стандартное значение. Например, если ток 510mA, замените R5
на 820Ω. Если измеренный ток был 420мА, используйте 680Ω резистор.

Корпус
Пока ЗУ используется без него, но в будущем хочу сделать для него пластиковый корпус.
Использование зарядного устройства
Использовать
зарядное устройство легко. Просто подключите его к порту USB и вставьте
две батарейки, которые нужно заряжать. Когда индикатор гаснет, зарядка
завершена.
Так же батарейки должны бить одного типа и ёмкости, иначе одна зарядится больше, а другая меньше из-за отключения ЗУ при 33 °C.
В
общем, если две клетки используются вместе в одном устройстве (цифровая
камера, GPS и т.д.), то они будут оставаться в синхронизации, и могут
быть заряжены вместе.

По завершении зарядки, зарядное устройство
переключится на непрерывную подзарядку током 10мА. Этого значения
достаточно, чтобы преодолеть естественный уровень саморазряда батарей,
но оно достаточно низкое, что бы их можно было оставлять в зарядном
устройстве на неопределенный срок. Тем не менее, не оставляйте их в
зарядном устройстве, если оно не подключено к питанию USB порта.

Зарядка AAA батареек.
Если
пружины в держателе батареи имеют достаточную длину, зарядное
устройство может быть также использовано для зарядки пары батареек типа
AAA. Тем не менее, в этом случае необходимо вставить прокладки между
клетками и по бокам отсека, чтобы батарейки оставались в контакте с
термистором. Только заряжать можно современные батарейки ААА, имеющие
емкость 700mAh или больше.

Список деталей
Part Description
R1 56kΩ ¼W, 5% resistor
R2 27kΩ ¼W, 5% resistor
R3 22kΩ ¼W, 5% resistor
R4 47kΩ ¼W, 5% resistor
R5 750Ω ¼W, 5% resistor
R6 220Ω ¼W, resistor
TR1 10kΩ @ 25°C thermistor, approx. 3.7%/C° NTC
Radio Shack #271-110 (discontinued†)
C1 0.1µF 10V capacitor
Q1 TIP32C PNP transistor, TO-220 case
Z1 LM393 dual voltage comparator IC, DIP
LED1 Red, green, or yellow LED, 10mA
Other 2-cell AA battery holder
USB cable
Small heatsink

radio-bes.do.am

LM339D — ОУ и Компараторы — МИКРОСХЕМЫ — Электронные компоненты (каталог)

Корпус: SO-14

 

LM339D — 4-канальный компаратор для работы в бытовом диапазоне температур (0..+70°С).

Микросхема компараторов LM339D по функциональному назначению и расположению выводов аналогична таким микросхемам как LM139, LM239, LM2901, MC3302, но отличается от них температурным диапазоном работы и незначительно другими параметрами.

Отечественный аналог: КФ1401СА1.

 

Расположение выводов LM339D:

Назначение выводов LM339D:

НазначениеNНазначение
1Выход 28Инвертирующий вход 3
2Выход 19Неинвертирующий
вход 3
3+ Питания10Инвертирующий
вход 4
4

Инвертирующий

вход 1

11

Неинвертирующий

вход 4

5

Неинвертирующий

вход 1

12

— Питания (общий)

6

Инвертирующий

вход 2

13

Выход 4

7

Неинвертирующий

вход 2

14Выход 3

Предельные режимы LM339D:

Напряжение питания

+36V

или

±18V

Входное напряжение

-0,3..+36V

Дифференциальное

входное напряжение

36V

Выходной ток20mA

Диапазон температур

0..+70°С

Замыкание выхода на +Vcc может вывести микросхему из строя.

Основные характеристики LM339D:

Параметр

Мин.

Тип.

Макс.

Напряжение смещения

 

±1mV

±5mV

Синфазный входной ток25nA250nA

Дифференциальный входной ток

 

±5nA

±50nA

Выходной втекающий ток

6mA

16mA

 

Коэффициент усиления по напряжению

50V/mV

200V/mV

 

Напряжение насыщения

 

 

400mV

Ток потребления

 

1,1mA

2,0mA

Время отклика

 

1,3µS

 

Время отклика на большом сигнале300nS

 

Эквивалентная схема одного канала LM339D:

 

Более подробные характеристики микросхемы LM339D с графиками работы и примерами схем включения Вы можете получить, скачав файл документации ниже (на английском языке).

tec.org.ru

Russian HamRadio — Блоки питания для системных модулей типа IBM PC-XT/AT. Глава 2.11.СХЕМА ВЫРАБОТКИ СИГНАЛА PG (POWER GOOD).

2.11.СХЕМА ВЫРАБОТКИ СИГНАЛА PG (POWER GOOD).

Сигнал PG, наряду с четырьмя выходными напряжениями питания системного блока, является стандартным выходным параметром ИБП.

Наличие этого сигнала является обязательным для любого блока, соответствующего стандарту IBM (а не только блоков, построенных на основе микросхемы TL494). Однако в компьютерах класса XT этот сигнал иногда не используется.

В ИБП встречается большое разнообразие вариантов схем выработки сигнала PG. Условно все разнообразие схем можно разделить на две группы: однофункциональные и двухфункциональ-ные.

Однофункциональные схемы реализуют только функцию задержки появления разрешающего запуск процессора сигнала PG Н-уровня при включении ИБП.

Двухфункциональные схемы, кроме вышеуказанной функции, реализуют еще и функцию упреждающего перехода сигнала PG в неактивный низкий уровень, запрещающий работу процессора при выключении ИБП, а также в случаях возникновения различного рода аварийных ситуаций, прежде чем начнет уменьшаться питающее цифровую часть системного модуля напряжение +5В.

Большинство схем выработки сигнала PG являются двухфункциональными, но при этом они являются более сложными, чем схемы первого типа.

В качестве базового элемента при построении этих схем широко используется микросхема типа LM339N, представляющая из себя счетверенный

компаратор напряжения (рис. 48).

Выходные транзисторы каждого компаратора, имеют открытый коллектор (рис. 49). Вывод 12 LM339N подключается к «корпусу», а на вывод 3 заводится однополярное (от +2В до +З0В) питание.

Благодаря высокой чувствительности компараторных схем обеспечивается необходимое быстродействие.

Рассмотрим подробнее несколько характерных вариантов построения схем выработки сигнала PG.

Схема выработки сигнала PG, использованная в блоке GT-200W, показана на рис. 50. Функция задержки при включении питания реализуется следующим образом.

При включении блока в сеть срабатывает схема пуска и на шине Uref появляется опорное напряжение +5,1В от внутреннего источника микросхемы TL494. Выходное напряжение +5В еще отсутствует.

 

Рис. 48. Функциональная схема ИМС LM339 (вид сверху

).

Поэтому делитель обратной связи R25, R24 еще не запитан (потенциал вывода 1 микросхемы равен 0В).

Делитель же, дающий опорный уровень на выводе 2 микросхемы, уже запитан напряжением Uref.

Поэтому выходное напряжение усилителя ошибки минимально (на выводе 3 потенциал около 0В), а запитанный по коллектору тем же напряжением Uref транзистор Q7 открыт и насыщен током базы, протекающим по цепи: Uref — R36 — э-б Q7 — R31 — внутренние цепи TL494 — «корпус».

 

Рис. 49. Принципиальная электрическая схема одного компаратора ИМС LM339.

Потенциал неинвертирующего входа компаратора 1 микросхемы IC2 (LM339N) равен 0, и, т.к. на инвертирующем входе его присутствует положительный потенциал с резистора R42 делителя R35, R42 в цепи Uref, сам компаратор будет находиться в состоянии 0В на выходе (выходной транзистор компаратора открыт и насыщен).

Поэтому сигнал PG имеет L-уровень и запрещает работу процессора.

Далее начинает появляться выходное напряжение +5В по мере зарядки выходных конденсаторов большой емкости.

Поэтому выходное напряжение усилителя ошибки DA3 начинает возрастать, а транзистор Q7 закрывается. Вследствие этого начинает заражаться задерживающая емкость С16. Ток зарядки протекает по цепи: Uref — R36 — С16 — «корпус».

 

Рис. 50. Схема образования сигнала PG в ИБП GT-200W.

Как только напряжение на С16 и на неинвертирующем входе компаратора 1 (вывод 7 IC2) достигнет опорного уровня на инвертирующем входе его (вывод 6 IC2), выходной транзистор компаратора закроется. ПОС, которой охвачен компаратор 1 (резистор R34), обуславливает наличие гистерезиса на передаточной характеристике этого компаратора.

Этим обеспечивается надежность срабатывания схемы PG и исключается возможность «опрокидывания» компаратора под воздействием случайной импульсной помехи (шума). На шине +5В к этому моменту появляется полное номинальное напряжение” а сигнал PG становится сигналом Н-уровня.

Из вышеизложенного видно, что датчиком состояния блока (включен/отключен) в данной схеме является выходное напряжение усилителя ошибки DA3, снимаемое с вывода 3 управляющей микросхемы IC1 (TL494), а схема является одно-функциональной.

Более сложная схема выработки сигнала PG реализована в ИБП APPIS (рис. 51).

В этой схеме задействованы три компаратора микросхемы IC2.

Функция задержки при включении питания реализуется следующим образом.

После включения ИБП в сеть и срабатывания схемы пуска появляется опорное напряжение Uref. Выходные напряжения блока еще отсутствуют. Поэтому микросхема IC2 и транзистор Q3 еще не запитаны. Транзистор Q4, с коллектора которого снимается сигнал PG, открыт, т.к. запитан его базовый делитель. Ток базы протекает по цепи: Uref — R34 — R35 — б-э Q4 — «корпус».

Поэтому PG имеет L-уровень. Кроме того, с шины Uref происходит заряд конденсатора С21 по цепи: Uref — R29 — С21 — «корпус».

С появлением выходных напряжений блока с шины +12В через фильтр развязки R38, С24 запитываются микросхема IC2 и транзистор Q3. С шины +5В запитывается по коллектору полным напряжением транзистор Q4. При этом происходят следующие процессы.

На инвертирующий вход контролирующего компаратора начиная с момента включения блока поступает несглаженное выпрямленное двухпо-лупериодной схемой D5, D6 напряжение со вторичной обмотки 3-4-5 специального трансформатора Т1. Это пульсирующее напряжение с амплитудой около 15В подается на инвертирующий вход компаратора 2 через звено амплитудного ограничения R24, ZD1 (стабилитрон на 11В) и резистивный делитель R25, R26. Так как амплитуда импульсов после ограничения и деления все же остается большей, чем уровень опорного напряжения на неинвертирующем входе компаратора 2, то каждым импульсом и почти на все время его действия компаратор 2 переводится в состояние 0В по выходу (выходной транзистор компаратора будет открыт). Поэтому за несколько импульсов конденсатор задержки С21 разряжается практически до 0В. Поэтому компаратор 1 переключается по выходу в состояние 0В, т.к. напряжение на неинвертирующем входе его определяется уровнем напряжения на конденсаторе С21. В результате транзистор Q3 запирается нулевым смещением. Запирание Q3 приводит к зарядке второго задерживающего конденсатора С23 по цепи: +12В — R38 — R32 — R33 — С23 — «корпус».

Как только напряжение на коллекторе Q3, а следовательно, и на инвертирующем входе компаратора 3 достигнет порогового уровня на его инвертирующем входе (Uref

= +5,1B), компаратор 3 переключится в состояние 0В на выходе (выходной транзистор компаратора открывается). Поэтому базовый для Q4 делитель R35, R36 окажется незапитанным, и Q4 запрется.

Так как на шине +5В уже присутствует полное напряжение, a Q4 заперт, то сигнал PG становится Н-уровия.

Функция упреждения при выключении питания реализуется следующим образом.

При выключении блока из сети сразу же перестает поступать выпрямленное напряжение со вторичной обмотки 3-4-5 TL и схемы выпрямления D5, D6. Поэтому компаратор 2 сразу переключается, его выходной транзистор закрывается. Далее начинает заряжаться от Uref через R29 емкость задержки С21. Этим предотвращается срабатывание схемы при случайных кратковременных провалах сетевого напряжения. Когда С21 зарядится до половины напряжения Uref, компаратор 1 переключится. Его выходной транзистор закроется. Тогда откроется транзистор Q3 током базы, протекающем по цепи: +12В — R38 — R31 -D21 — б-э Q3 — «корпус».

Емкость второй задержки С23 быстро разряжается через Q3 и ускоряющий диод D20 по цепи: (+)

С23 — D20 — к-э Q3 — «корпус» — (-) С23.

Потенциал инвертирующего входа компаратора 3 станет быстро уменьшаться со скоростью разряда С23. Поэтому компаратор 3 переключится, выходной транзистор его закроется, и базовый делитель для Q4 оказывается запитан с шины

 

Рис. 51. Схема образования сигнала PG в ИБП «Appis».

Uref. Поэтому Q4 откроется до насыщения, а сигнал PG станет L-уровня, предупреждая цифровую часть системного блока о предстоящем исчезновении питающих напряжений.

Таким образом, в данной схеме датчиком состояния блока (включен/выключен) является наличие или отсутствие трансформированного сетевого напряжения (через трансформатор Т1), а схема является двухфункциональной.

В блоке питания KYP-150W применена схема выработки сигнала PG с применением двух компараторов микросхемы LM339N (рис. 52).

В данной схеме датчиком состояния блока является уровень вспомогательного напряжения питания Upom микросхемы TL494.

Схема работает следующим образом. При включении ИБП в сеть срабатывает схема пуска, в результате чего на шине Upon появляется напряжение, которым запитывается управляющая микросхема TL494. Как только Upom достигнет уровня порядка +7В, микросхема запускается и на выводе 14 ее появляется выходное напряжение внутреннего опорного источника Uref=+5B. Выходные напряжения блока еще отсутствуют. Микросхема IC2 (LM339N) запитывается напряжением Uref по выводу 3.

Когда Upom достигнет уровня около +12В, «пробивается» стабилитрон ZD1, и на резисторе R34 появляется падение напряжения, которое увеличивается с ростом Upom. Когда падение на R34 достигнет уровня опорного напряжения на резисторе R48 делителя R51, R48 в цепи Uref, компаратор 2 микросхемы IC2 установится в состояние Н-уровня по выходу (выходной транзистор его закроется). Поэтому окажется заперт диод D22. Начинается заряд задерживающей емкости С15 по цепи: Uref — R49 — С15 -» корпус»

Этот процесс вносит задержку «опрокидывания» компаратора 1 микросхемы IC2 и появления разрешающего сигнала PG Н-уровня. За это время успевает произойти процесс «мягкого» запуска, и выходные напряжения блока появляются в полном объеме, т.е. блок надежно выходит в номинальный режим. Как только напряжение на С15 достигнет опорного уровня на резисторе R48, «опрокинется» компаратор 1. Его выходной транзистор откроется, и поэтому транзистор Q7 окажется

, заперт нулевым смещением. Сигнал PG, снимаемый с коллекторной нагрузки Q7, станет Н-уровня, что позволит запуститься процессору системного модуля.

 

Рис. 52. Схема образования сигнала PG в ИБП KYP-150W (TUV ESSEN FAR EAST CORP.).

При выключении блока из сети первым начинает исчезать напряжение Upom, т.к. накопительные конденсаторы, поддерживающие напряжение на шине Upom, имеют небольшую емкость.

Как только падение напряжения на резисторе R34 станет ниже опорного уровня на резисторе R48, компаратор 2 микросхемы IC2 переключится.

Выходной транзистор его откроется, и через него и диод D22 быстро разрядится емкость задержки С15.

Разряд происходит почти мгновенно, т.к. в цепи протекания тока разряда отсутствует ограничительное сопротивление. Сразу вслед за этим переключится и компаратор 1 микросхемы IC2. ПОС через диод D21, охватывающая компаратор 1, обуславливает наличие гистерезиса на переходной характеристике компаратора.

Рис. 53. Схема образования сигнала PG в ИБП GT-150W.

Выходной

транзистор компаратора закроется и током базы, протекающим по цепи: Uref — R50 — б-э Q7 — «корпус», откроется транзистор Q7. Сигнал PG станет L-уровня, предупреждая предстоящее исчезновение выходных напряжений блока.

Таким образом, данная схема является двухфункциональной.

В ИБП GT-150W используется схема выработки сигнала PG, реализующая только функцию задержки при включении (рис. 53).

После включения ИВП и срабатывания схемы пуска на выходных шинах блока начинают появляться напряжения. Конденсатор С23 начинает заряжаться по цепи: шина +5В — С23 — R50 — б-э Q7

— «корпус».

Этим током открывается до насыщения транзистор Q7, с коллектора которого снимается сигнал PG. Поэтому сигнал PG будет L-уровня почти все время зарядки С23. Как только напряжение на шине +5В перестанет увеличиваться, достигнув номинального уровня, ток зарядки С23 перестает протекать. Поэтому Q7 закроется, и сигнал PG станет сигналом Н-уровня.

Диод D16 необходим для быстрой и надежной разрядки С23 после выключения ИБП.

Таким образом схемы образования сигнала PG можно классифицировать по физическому принципу, заложенному в основу их построения:

• схемы, построенные на основе контроля выходного напряжения внутреннего усилителя ошибки по напряжению DA3 управляющей микросхемы или (что то же самое) контролирующие

уровень сигнала обратной связи с шины выходного напряжения +5В;

• схемы, построенные на основе контроля уровня и наличия переменного напряжения сети на входе блока;

• схемы, построенные на основе контроля уровня вспомогательного напряжения питания управляющей микросхемы Upom.

• схемы, построенные на основе контроля наличия импульсного переменного высокочастотного напряжения на вторичной стороне силового импульсного трансформатора.

Рассмотрим один из вариантов реализации схемы последнего типа, которая используется, например, в схеме ИБП HPR-200 (рис. 54). В основу построения этой схемы заложена идея контроля за наличием переменного импульсного напряжения на вторичной обмотке силового импульсного трансформатора Т1. Схема работает следующим образом.

При включении ИБП в сеть сглаживающие конденсаторы шины выходного напряжения +5В С4, С5 большой емкости (2

х ЗЗ00мкф) полностью разряжены. Разряжены также конденсаторы С1, С2, СЗ. Импульсное переменное напряжение, которое появляется на вторичной обмотке 3-5 силового импульсного трансформатора Т1, начинает заряжать конденсаторы С4, С5. К отводу 5 вторичной обмотки подключен однополупериодный выпрямитель D1. С1 — сглаживающая емкость фильтра. R1 (10 Ом) — токоограничивающий резистор. Конденсатор С1 малой емкости (150нф) заряжается до уровня около +10В практически сразу (первым импульсом).

Как только уровень потенциала шины +5В превысит минимально допустимый уровень питающего для микросхемы IC1 напряжения (+2В), микросхема начнет функционировать. Напряжение с конденсатора С1 подается на резистивный делитель R2, R3. Часть этого напряжения снимается с R3 и подается на неинвертирующий вход компаратора А (вывод 9 микросхемы IC1), а также на делитель R4, R6, С2. Поэтому параллельно с ростом потенциала шины +5В происходит заряд

конденсатора С2 по цепи: (+) С1 — R2 — R4 — С2 — «корпус» — (-) С1.

К моменту, когда потенциал шины +5В достигает минимального уровня питания микросхемы IC1 (+2В), этот конденсатор окажется заряженным. Поэтому компараторы микросхемы устанавливаются в следующее состояние:

  • компаратор А — выходной транзистор закрыт, т.к. потенциал неинвертирующего входа выше потенциала на инвертирующем входе;
  • компаратор В — выходной транзистор открыт, т.к. потенциал неинвертирующего входа ниже потенциала на инвертирующем входе.

Такое распределение потенциалов обусловлено номиналами резисторов, подключенных ко входам компараторов.

Сигнал PG, снимаемый с коллекторной нагрузки R11 выходного транзистора компаратора В, равен 0В и запрещает запуск процессора. Тем временем идет процесс подзаряда накопительных конденсаторов С4, С5 и потенциал шины +5В растет. Поэтому протекает ток заряда конденсатора СЗ по цепи: шина +5В — R9 — R8 — СЗ — «КООПУС».

 

Напряжение на конденсаторе СЗ, а значит, и на неинвертирующем входе компаратора В, растет.

Это возрастание происходит до тех пор, пока потенциал неинвертирующего входа компаратора В не начнет превышать потенциал его инвертирующего входа.

Как только это произойдет, компаратор В переключится, выходной транзистор его закроется. Напряжение на шине +5В достигает к этому моменту номинального уровня.

Поэтому сигнал PG становится сигналом высокого уровня и разрешает запуск процессора. Таким образом, емкость конденсатора СЗ обуславливает задержку при включении.

При выключении ИБП из сети исчезает переменное импульсное напряжение на вторичной обмотке 3-5 Т1. Поэтому конденсатор С1 малой емкости быстро разряжается, и напряжение на неинвертирующем входе компаратора А быстро уменьшается до 0В.

Напряжение

на инвертирующем входе этого компаратора падает намного медленнее за счет заряда на конденсаторе С2. Поэтому потенциал инвертирующего входа становится выше потенциала неинвертирующего входа, и компаратор А переключается. Выходной транзистор его открывается. Поэтому потенциал неинвертирующего входа компаратора В становится равен 0В.

Потенциал инвертирующего входа компаратора В еще положителен за счет заряда на конденсаторе С2. Поэтому компаратор В переключается, выходной транзистор его открывается и сигнал PG становится сигналом низкого уровня, инициализируя сигнал системного сброса RESET, прежде чем уменьшится ниже допустимого уровня питающее логические микросхемы напряжение +5 В.

Компараторы А и В охвачены положительными обратными связями с помощью резисторов R7 и R10 соответственно, что ускоряет их переключение.

Рис. 55. Схема образования сигнала PG в ИБП SP-200W.

Прецизионный резистивный делитель R5, R6 задает опорный уровень напряжения на инвертирующих входах компараторов А и В в номинальном режиме работы.

Конденсатор С2 необходим для поддержания этого опорного уровня после выключения ИБП из сети.

В заключение этого раздела приведем еще один вариант реализации схемы образования сигнала PG (рис. 55).

Схема является однофункциональной, т.е. реализует только задержку появления разрешающего сигнала PG при включении ИВП в сеть.

В этой схеме контролируемым сигналом является уровень напряжения на выходной шине канала +12В. В основу построения схемы заложена схема двухкаскадного УПТ на транзисторах Q10, Q11, охваченная положительной обратной связью с помощью резистора R55. Задержка опрокидывания этой схемы обусловлена наличием конденсатора С

31 сравнительно большой емкости в базовой цепи транзистора Q10 УПТ. После включения ИБП в сеть, пока идет процесс выхода на режим, с выходной шины канала +12В протекает ток зарядки конденсатора С31 по цепи: шина +12В -R40 -С31- «корпус».

Напряжение на конденсаторе С31 плавно возрастает. Пока это напряжение не достигает порогового уровня опрокидывания схемы на транзисторах Q10, Q11, эта схема находится в состоянии, при котором транзистор Q10 закрыт, а транзистор Q11 открыт током базы, который протекает с выходной шины канала +5В под воздействием растущего напряжения на конденсаторах этой шины: шина +5В — R41 -б-э Q11 — «корпус».

Поэтому сигнал PG, снимаемый с коллектора Q11 равен 0В, и запрещает запуск процессора. Тем временем растущее напряжение на конденсаторе С31 прикладывается к базовому делителю R43, R44 транзистора Q10. К моменту достижения выходными напряжениями ИБП номинальных уровней напряжение на С31 достигнет уровня, достаточного для возникновения лавинообразного процесса взаимного изменения состояний транзисторов Q10, Q11 (благодаря наличию ПОС). В результате транзистор Q10 окажется открыт до насыщения, а транзистор Q11 закрыт. Поэтому сигнал PG станет сигналом высокого уровня и запуск процессора будет разрешен. Диод D20 служит для быстрой разрядки конденсатора С31 после выключения ИБП из сети. При этом С31 разряжается через диод D20 и разрядный резистор выходной шины канала +5В (на схеме не показан). Кроме того в процессе работы ИБП этот диод ограничивает уровень напряжения на конденсаторе С31. Уровень ограничения составляет около +5.8В.

Кроме вышеприведенных схем выработки сигнала PG могут применяться и другие принципы построения схем, и задействоваться разное число компараторов микросхемы LM339N — от одного до четырех.

qrx.narod.ru