دوائر المقارنة باستخدام IC 741 ، IC 311 ، IC 339

الوظيفة الأساسية لدائرة المقارنة لمقارنة مستويين من الجهد عند دبابيس الإدخال الخاصة بها وإنتاج مخرجات لإظهار جهد الدخل الذي له إمكانات أعلى من الآخر.

في هذه المقالة سوف نتعلم بشكل مفصل كيفية تصميم دوائر المقارنة بشكل صحيح باستخدام الدوائر المتكاملة الشائعة مثل IC 741 و IC 311 و IC LM339

الفرق بين المقارنة والمضخم التشغيلي

يعد IC 741 مثالًا مثاليًا لمضخم صوت واحد ، ويمكن اعتبار IC LM311 مثالًا جيدًا لمقارن فردي مخصص.

ستجد كلتا الوحدتين لهما رمز جهاز على شكل 'مثلث' متطابق داخليًا ، والذي عادة ما نتعرف عليه ونستخدمه لرسم دوائر المقارنة. ومع ذلك ، قد يكون لاستجابة المخرجات لهذين الشكلين من المقارنات بعض الاختلافات الرئيسية.

على الرغم من أنه يمكن تكوين كل من المرجع أمبير والمقارن لمقارنة الإشارات التفاضلية في دبابيس الإدخال ، فإن الاختلافات الرئيسية بين النظيرتين هي:

• في حالة الطاقة ، سيكون خرج المرجع أمبير موجبًا أو سالبًا ، اعتمادًا على مستويات جهد طرف الإدخال ، ولكن لا يمكن فتحه أبدًا. في المقابل ، يمكن أن يكون ناتج المقارنة إما مفتوحًا أو مؤرضًا (سلبيًا) أو عائمًا.
• يمكن أن يعمل خرج المرجع أمبير بدون أي مقاومات سحب لأعلى أو لأسفل ، لكن المقارنة سوف تتطلب دائمًا مقاومة سحب خارجية أو سحب لأسفل لتمكين مرحلة الإخراج من العمل بشكل طبيعي.
• يمكن استخدام أمبير المرجع لبناء دوائر مكبر للصوت عالية الكسب ، ولا يمكن استخدام المقارنة لمثل هذه التطبيقات.
• عادةً ما تكون استجابة تبديل الإخراج لمكبر الصوت أبطأ مقارنةً بـ IC المقارنة.

يمكن رؤية تصميم دائرة المقارنة الكلاسيكية في الشكل التالي:

هنا ، يستجيب المخرج بإشارة رقمية 'عالية' ، كلما كان الجهد عند المدخل غير العكسي (+) أعلى من المدخلات العكسية (-). على العكس من ذلك ، يتحول الإخراج إلى إشارة رقمية منخفضة ، عندما يكون جهد الدخل غير المحول أقل من جهد الدخل العكسي.

بالإشارة إلى الشكل أعلاه ، يمكننا أن نرى اتصالًا قياسيًا لدائرة مقارنة بها مدخل واحد (المدخل المقلوب في هذا المثال) تم تكوينه بجهد مرجعي ، ودبوس الإدخال الآخر وهو المدخل غير المحول المتصل بجهد إشارة الدخل .

خلال الوقت الذي يتم فيه تثبيت Vin بجهد أقل من الجهد المرجعي +2 V ، يظل الناتج منخفضًا عند حوالي -10 فولت. إذا تم زيادة Vin أعلى من +2 فولت ، فإن الناتج يتغير حالته على الفور ، ويتحول إلى مستوى مرتفع حول + 10 V. هذا التغيير في الحالة عند الخرج من -10 V إلى +10 V يشير إلى أن Vin أصبح أعلى من المرجع +2 V.

المكون الرئيسي داخل أي مقارنة هو دائرة أمبير ، والتي يتم تعيينها عند كسب جهد عالي جدًا. لدراسة عمل أداة المقارنة بدقة يمكننا أن نأخذ مثال IC 741 ، كما هو موضح أدناه:

هنا يمكننا أن نرى إشارة الإدخال المقلوبة pin2 (-) إلى الأرض ، أو مستوى 0 V. يتم تطبيق إشارة جيبية على pin3 وهو المدخل غير المحول لمضخم الصوت المرجع. تؤدي هذه الإشارة الجيبية المتغيرة بالتناوب إلى التبديل بين حالات الإخراج العالية والمنخفضة ، كما هو موضح على الجانب الأيمن من الصورة.

عندما يتحرك إدخال Vin حتى ميلي فولت فوق المرجع 0 V ، يتم تضخيم الفرق من خلال المكسب الداخلي عالي الكسب op من IC ، مما يتسبب في ارتفاع الإخراج عند مستوى التشبع الإيجابي للإخراج. تستمر هذه الحالة طالما ظلت إشارة Vin أعلى من مرجع 0 فولت.

الآن ، بمجرد أن يسقط مستوى الإشارة ظلًا أدنى من مرجع 0 فولت ، يتم دفع الإخراج إلى مستوى التشبع الأدنى. مرة أخرى ، يتم الحفاظ على هذا الشرط طالما بقيت إشارة إدخال Vin أقل من المستوى المرجعي 0 فولت.

يشير التفسير أعلاه وشكل الموجة المقدم في الصورة بوضوح إلى الاستجابة الرقمية للإخراج لإشارة إدخال متغيرة خطيًا.

بالنسبة للتطبيقات العادية ، لا يجب أن يكون المستوى المرجعي عند 0 فولت ، بل يمكن أن يكون أي مستوى إيجابي حسب المتطلبات. وفي حالة الطلب ، يمكن أيضًا توصيل المرجع إما بخطوط الإمداد الموجب أو السالب ، بينما يتم تطبيق إشارة الإدخال على دبوس الإدخال الآخر.

استخدام IC 741 كمقارن

في المثال التالي سوف نتعلم كيفية فعالية استخدم المرجع كمقارن

في الشكل يمكننا أن نرى دائرة op amp تعمل مع مجموعة مرجعية موجبة عند دبوس الإدخال العكسي (-). الإخراج مرفق بمصباح LED.

باستخدام صيغة شبكة مقسم الجهد ، يمكننا حساب قيمة الجهد المرجعي على دبوس الإدخال (-) في IC.

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

نظرًا لأن هذا المرجع مرتبط بـ (-) دبوس من IC ، إذا كان الجهد Vin عند الإدخال (+) أعلى من هذا المرجع أو أصبح أكثر إيجابية من المرجع ، فسوف يجبر الإخراج Vo على التبديل إلى مستوى التشبع الإيجابي.

سيؤدي هذا إلى إضاءة LED ، مما يشير إلى أن Vin أصبح أكثر إيجابية من المستوى المرجعي +6 V.

على العكس من ذلك ، إذا تم تكوين الإدخال noninverting (+) على أنه دبوس مرجعي و Vin المطبق على دبوس الإدخال المقلوب (-) ، فسوف ينخفض ​​الناتج بمجرد أن يصبح إدخال Vin أقل من القيمة المرجعية ، والعكس صحيح.

سيؤدي هذا على الفور إلى إيقاف تشغيل LED.

لذلك ، يمكن جعل LED لتشغيل أو إيقاف تشغيل إشارة دخل معينة ، عن طريق توصيل دبوس المدخلات بشكل مناسب بالمستوى المرجعي وإشارة الإدخال.

استخدام وحدات IC المقارنة المتخصصة

عادةً ما تعمل مضخمات التشغيل بشكل رائع كدوائر مقارنة ، ولكن استخدام IC للمقارن المخصص يعمل بشكل أفضل من مضخم الصوت لتطبيق المقارنة.

تم تصميم ICs المقارنة بشكل مثالي لوظيفة المقارنة وإظهار استجابة محسنة مثل التبديل الأسرع عند الإخراج بين المستويات الإيجابية والسلبية.

تتمتع هذه الدوائر المتكاملة بحصانة أعلى للضوضاء ، وفي العديد من المناسبات يمكن استخدام المخرجات مباشرة لقيادة الحمولة.

دعنا نتعرف على اثنين من الدوائر المتكاملة الشائعة للمقارنة بالتفصيل ، من المناقشة التالية.

دارة المقارنة باستخدام IC 311

يوضح الشكل أعلاه التخطيط الداخلي وتفاصيل pinout للمقارنة IC 311. تم تصميم IC للعمل من مصدر طاقة مزدوج أيضًا ، في نطاق +15 V و -15 V ، وهو مستوى قياسي متوافق للجميع المرحلية الرقمية الحديثة.

تحتوي مرحلة الإخراج داخل IC على ترانزستور ثنائي القطب ، به مجمعات عائمة ومحطات باعث. هذا يعني أنه يمكن تكوين الإخراج من هذا الترانزستور بطريقتين مختلفتين:

1. عن طريق إضافة المقاوم سحب مع المجمع pin7 وتأريض pin1 الباعث ، وبعد ذلك استخدام المجمع كإخراج.
2. من خلال ربط المجمع بالخط الموجب واستخدام الباعث كمخرج.

يمكن أيضًا استخدام خرج الترانزستور لقيادة مرحل أو حمل صغير مثل المصباح مباشرة بدون أي مرحلة عازلة خارجية.

يتميز IC أيضًا بميزان ومدخلات قوية يمكن أن تكون بوابة مع الإخراج.

سنناقش بعض التطبيقات المفيدة لهذا IC في الأقسام التالية:

يوضح الشكل أعلاه كيف يمكن تكوين IC 311 مثل ملف كاشف العبور الصفري المقارنة لاستشعار جهد الدخل ، كلما تجاوز خط الصفر.

يمكن رؤية المدخل المقلوب (-) لـ 311 مرتبطًا بالأرض. خلال الفترة التي تكون فيها إشارة الإدخال على المستوى الإيجابي ، يظل ترانزستور الإخراج في وضع التشغيل ، مما يؤدي إلى انخفاض (-10 في هذا المثال) عند الإخراج (مجمع الترانزستور).

بمجرد أن تصبح إشارة الإدخال سلبية أو أقل من 0 فولت ، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور. هذا يخلق موجب + 10V عند خرج المجمع للدائرة المتكاملة. يتيح لنا ذلك معرفة متى تكون إشارة الإدخال أعلى من مستوى الصفر ومتى تنخفض إلى ما دون مستوى الصفر.

يوضح الشكل التالي أدناه كيف يمكن استخدام مقارن IC 311 لعمل دائرة متقطعة.

في مثال دائرة المقارنة هذا ، سيتحول خرج pin7 إلى مستوى عالٍ عندما يرتفع مستوى الجهد pin3 فوق مرجع pin2. ولكن هذا يمكن أن يحدث فقط عندما يكون دبوس إدخال pin6 strobe منخفضًا أو عند 0 V.

عندما يتم تطبيق ستروب TTL عالي في قاعدة الترانزستور ، يصبح pin6 منخفضًا ، مما يتسبب في إيقاف تشغيل ترانزستور خرج IC ، وبالتالي تمكين pin7 من الارتفاع.

يستمر الإخراج في الارتفاع طالما أن إدخال TTL مرتفع ، بغض النظر عن حالة إشارة الإدخال في pin3.

ومع ذلك ، إذا تم تطبيق إشارة TTL في شكل قوي ، فإن الإخراج يستجيب لإشارة الإدخال عند pin3. ببساطة ، يظل الإخراج مغلقًا على ارتفاع ، ما لم يتم إعاقة pin6.

كيفية توصيل المرحل بالمقارن

يوضح الشكل التالي أدناه كيف يمكن استخدام المقارنة 311 مباشرة تشغيل التتابع .

هنا ، عندما ينخفض ​​مستوى الجهد عند الإدخال pin2 إلى أقل من 0 V ، يصبح pin3 أكثر إيجابية من pin2. هذا يتسبب في إيقاف تشغيل مجمع الترانزستور الداخلي ، والذي يقوم بتشغيل التتابع. ال اتصالات التتابع يمكن توصيله بحمل أثقل لتنفيذ إجراء التحويل المطلوب.

طالما ظل الإدخال (+) في pin2 أقل من 0 فولت ، يظل المرحل في وضع التشغيل. على العكس من ذلك ، عندما تتوفر إشارة موجبة على pin2 ، سيظل التتابع مغلقًا.

دارة المقارنة باستخدام IC 339

IC 339 ، المكتوب أيضًا بشكل شائع باسم LM339 ، هو IC رباعي المقارنة. بمعنى أنه يتضمن 4 مقارنات منفصلة للجهد يتم إنهاء مدخلاتها ومخرجاتها بشكل مناسب عبر المسامير الخارجية الخاصة بحزمة IC ، كما هو موضح أدناه.

تمامًا مثل أي مقارن آخر ، تحتوي كل كتلة مقارنة على مدخلين ومخرج واحد. عندما يتم تشغيل IC عن طريق تطبيق الجهد عبر Vcc ، ودبابيس الإمداد الأرضي ، فإنه يقوم بتشغيل جميع المقارنات معًا. لذا ، حتى إذا تم استخدام مقارن واحد ، فإن جميع الثلاثة الأخرى ستستهلك بعض الطاقة.

جميع أجهزة المقارنة لها خصائص متطابقة تمامًا ، لذلك يمكننا تحليل أي منها لمعرفة وظيفة المقارنة الأساسية.

عندما يتم تطبيق إدخال تفاضلي إيجابي عبر أطراف الإدخال ، مما يعني أنه عندما يكون الفرق بين الإشارات المطبقة موجبًا ، فإنه يقوم بإيقاف تشغيل الترانزستور الناتج. يؤدي هذا إلى إظهار الإخراج لدائرة مفتوحة ، أو مفتوحة عائمة.

عندما يكون الإدخال التفاضلي سالبًا ، أي عندما يكون الاختلاف بين الإشارات المطبقة في دبابيس الإدخال سالبًا ، فإنه يقوم بتشغيل ترانزستور الإخراج للمقارنة ، مما يتسبب في تحول دبوس الإخراج للمقارنة إلى السلبية ، أو عند الجهد الخامس.

بالإشارة إلى الشكل أعلاه ، يمكننا أن نفهم أنه عند استخدام المدخلات غير المقلوبة (+) من IC كدبوس مرجعي ، فإن الجهد الأقل من هذا المرجع عند دبوس الإدخال المقلوب (-) سينتج عنه إخراج المقارنة لتصبح مفتوحة. من ناحية أخرى ، إذا تم استخدام (-) كدبوس مرجعي ، فإن مستوى الجهد عند الإدخال (+) أعلى من المرجع سيؤدي إلى تحول الإخراج إلى سالب أو عند V-

من أجل معرفة كيفية عمل IC 339 كمقارن ، يوضح المثال التالي IC ككاشف تقاطع صفري.

في اللحظة التي ترتفع فيها إشارة الإدخال فوق 0 فولت ، يتحول الناتج عالياً عند مستوى V +. يتم إيقاف تشغيل الإخراج عند V- فقط أثناء الاحتفاظ بالإدخال أقل من 0 فولت.

كما أوضحنا سابقًا ، لا يلزم أن يكون المستوى المرجعي 0 فولت ، بل يمكن تغييره إلى أي مستوى آخر مرغوب. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك أيضًا استخدام دبوس الإدخال الآخر (+) كدبوس مرجعي ، ودبوس الإدخال (-) كدبوس إدخال إشارة لقبول إشارة الإدخال المتغيرة.

ميزة وجود ناتج عائم في الدوائر المتكاملة المقارنة

كما تمت مناقشته في التفسيرات السابقة ، يتم تبديل ناتج المقارنة من خلال BJT التي لها مجمّع مفتوح كإخراج. يعطي هذا ميزة توصيل مخرجات مقارنين من IC 339 مباشرة تمامًا مثل بوابة أو .

يمكن رؤية مثال لطيف لدائرة مقارنة النوافذ أدناه. هنا يتم تكوين كتلتين للمقارنة IC 339 بإشارة إدخال واحدة مشتركة ، ويتم ربط المخرجات مثل بوابة OR.

ينخفض ​​خرج المقارنات المعنية كلما تجاوزت إشارة الإدخال الحد الأدنى المحدد أو عتبة المجموعة العليا ، مما يتيح للمستخدم معرفة متى تكون الإشارة خارج مستوى النافذة المحددة.

يمكن استخدام مقارنة النوافذ للتطبيقات المفيدة مثل حامي الجهد المنخفض الدائرة و تعقب الطاقة الشمسية دائرة الخ

استنتاج

من التفسيرات المذكورة أعلاه ، علمنا أن:

المقارنات هي في الأساس وحدات لها مدخلين مكملين ، ومخرج واحد مستجيب. يصبح الناتج مرتفعًا أو منخفضًا عندما يرتفع مستوى الجهد على أحد المدخلات أو يقل عن المدخلات الأخرى ، اعتمادًا على المدخلات المستخدمة كمرجع أو عند مستوى جهد ثابت.

على الرغم من أنه يمكن أيضًا استخدام أمبير المرجع كمقارن ، إلا أن الدوائر المتكاملة للمقارنة المتخصصة مصممة بشكل أفضل للعمل مثل المقارنات.

تم تصميم الدوائر المتكاملة المخصصة للمقارنة مثل LM311 و LM339 خصيصًا لتطبيق المقارنة ، مع استجابة أسرع وقدرة إخراج تيار عالية مرنة.

إذا كانت لديك أي أسئلة ذات صلة ، فلا تتردد في طرحها من خلال مربع التعليقات أدناه.