इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिजाइन करते समय, दो वोल्टेज के स्तर की तुलना करना अक्सर आवश्यक होता है। इसके लिए तुलनित्र जैसे उपकरण का उपयोग किया जाता है। नोड का नाम वापस लैटिन तुलना में जाता है, या, बल्कि, तुलना करने के लिए अंग्रेजी में - तुलना करने के लिए।
विषय
वोल्टेज तुलनित्र क्या है
सामान्य स्थिति में, एक तुलनित्र एक उपकरण होता है जिसमें तुलना के परिणाम के लिए तुलना मूल्यों (वोल्टेज) और आउटपुट की आपूर्ति के लिए दो इनपुट होते हैं। तुलनात्मक मापदंडों की आपूर्ति के लिए तुलनित्र के पास दो इनपुट हैं - प्रत्यक्ष और उलटा। आउटपुट को तार्किक इकाई पर सेट किया जाता है जब प्रत्यक्ष इनपुट का वोल्टेज व्युत्क्रम से अधिक हो जाता है, और शून्य - यदि इसके विपरीत। यदि, व्युत्क्रम और प्रत्यक्ष इनपुट के बीच सकारात्मक अंतर के साथ, एक सेट किया जाता है, और विपरीत स्थिति में - शून्य, तो ऐसे तुलनित्र को इनवर्टिंग कहा जाता है।
तुलनित्र के संचालन का सिद्धांत
पर एक तुलनित्र बनाना सुविधाजनक है ऑपरेशनल एंप्लीफायर (ओयू)।इसके लिए, इसके गुणों का सीधे उपयोग किया जाता है:
- प्रत्यक्ष और इनवर्टिंग इनपुट के बीच सिग्नल अंतर का प्रवर्धन;
- अनंत (व्यवहार में - 10000 और ऊपर से) प्रवर्धन कारक।
एक तुलनित्र के रूप में op-amp के संचालन को निम्नलिखित स्विचिंग योजना के साथ माना जा सकता है:
बता दें कि 10000 के लाभ के साथ एक ऑप-एम्प है, आपूर्ति वोल्टेज द्विध्रुवी है, + 5 वी और माइनस 5 वी। विभक्त इनवर्टिंग इनपुट पर, संदर्भ स्तर बिल्कुल 0 वोल्ट पर सेट होता है, सीधे इनपुट पर, पोटेंशियोमीटर स्लाइडर से माइनस 5 वोल्ट हटा दिया जाता है। परिचालन एम्पलीफायर को अंतर को 10,000 गुना बढ़ाना चाहिए, सैद्धांतिक रूप से, आउटपुट पर माइनस 50,000 वोल्ट का वोल्टेज दिखाई देना चाहिए। लेकिन opamp के पास ऐसा वोल्टेज लेने के लिए कहीं नहीं है, और यह अधिकतम संभव बनाता है - आपूर्ति वोल्टेज, माइनस 5 वोल्ट।
यदि आप प्रत्यक्ष इनपुट पर वोल्टेज बढ़ाना शुरू करते हैं, तो op amp इनपुट के बीच वोल्टेज अंतर को 10000 से गुणा करने का प्रयास करेगा। यह तब सफल होगा जब इनपुट वोल्टेज शून्य तक पहुंच जाए और लगभग माइनस 0.0005 V हो जाए। इसमें और वृद्धि के साथ सकारात्मक इनपुट पर इनपुट वोल्टेज, आउटपुट शून्य और ऊपर तक बढ़ जाएगा, और +0.0005 वोल्ट के वोल्टेज पर यह +5 V हो जाएगा और आगे नहीं बढ़ेगा - कहीं नहीं है। इस प्रकार, जब इनपुट वोल्टेज शून्य स्तर (अधिक सटीक, शून्य से 0.0005 वोल्ट - + 0.0005) से गुजरता है, तो आउटपुट वोल्टेज शून्य से 5 वोल्ट से +5 वोल्ट तक कूद जाएगा। दूसरे शब्दों में, जब तक प्रत्यक्ष इनपुट पर वोल्टेज इनवर्टिंग इनपुट की तुलना में कम होता है, तब तक तुलनित्र आउटपुट शून्य पर सेट होता है। यदि उच्चतर - एक।
ब्याज माइनस 0.0005 वोल्ट से + 0.0005 तक के इनपुट पर स्तर के अंतर का खंड है।सिद्धांत रूप में, जब यह गुजरता है, तो नकारात्मक से सकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज तक एक सहज वृद्धि होगी। व्यवहार में, यह सीमा बहुत संकीर्ण है, और हस्तक्षेप, हस्तक्षेप, आपूर्ति वोल्टेज अस्थिरता, आदि के कारण। इनपुट पर वोल्टेज की अनुमानित समानता के साथ, दोनों दिशाओं में तुलनित्र का अराजक संचालन होगा। op-amp का लाभ जितना कम होगा, अस्थिरता की यह खिड़की उतनी ही चौड़ी होगी। यदि तुलनित्र एक्ट्यूएटर को नियंत्रित करता है, तो यह इसे समय पर काम करने का कारण बनेगा (रिले पर क्लिक करना, वाल्व को बंद करना, आदि), जिससे इसकी यांत्रिक विफलता या अधिक गर्मी हो सकती है।
इससे बचने के लिए, धराशायी रेखा द्वारा इंगित अवरोधक को चालू करके एक उथली सकारात्मक प्रतिक्रिया बनाई जाती है। यह एक मामूली हिस्टैरिसीस बनाता है, स्विचिंग थ्रेसहोल्ड को स्थानांतरित करता है क्योंकि वोल्टेज संदर्भ के सापेक्ष ऊपर और नीचे जाता है। उदाहरण के लिए, तुलनित्र 0.1 वोल्ट पर स्विच करेगा, और बिल्कुल शून्य पर (प्रतिक्रिया की गहराई के आधार पर)। यह अस्थिरता खिड़की को खत्म कर देगा। इस रोकनेवाला का मान कई सौ किलो-ओम से लेकर कई मेगा-ओम तक हो सकता है। प्रतिरोध जितना कम होगा, थ्रेसहोल्ड के बीच का अंतर उतना ही अधिक होगा।
विशेष तुलनित्र आईसी भी हैं। उदाहरण के लिए, LM393। ऐसे microcircuits में एक हाई-स्पीड ऑपरेशनल एम्पलीफायर (या कई) होता है, एक बिल्ट-इन डिवाइडर स्थापित किया जा सकता है जो एक रेफरेंस वोल्टेज बनाता है। ऐसे तुलनित्रों और सामान्य प्रयोजन सेशन amps पर निर्मित उपकरणों के बीच एक और अंतर यह है कि उनमें से कई को एकध्रुवीय बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता होती है। अधिकांश opamps को द्विध्रुवी वोल्टेज की आवश्यकता होती है। डिवाइस के विकास के दौरान माइक्रोक्रिकिट के प्रकार का चुनाव किया जाता है।
डिजिटल तुलनित्र की विशेषताएं
डिजिटल तकनीक में तुलनित्र का भी उपयोग किया जाता है, हालांकि यह पहली नज़र में विरोधाभासी लगता है। आखिरकार, केवल दो वोल्टेज स्तर हैं - एक और शून्य। और उनकी तुलना करना व्यर्थ है। लेकिन आप दो बाइनरी नंबरों की तुलना कर सकते हैं, जिन्हें किसी भी एनालॉग वैल्यू (वोल्टेज सहित) में बदला जा सकता है।
मान लें कि बिट्स में समान लंबाई के दो बाइनरी शब्द हैं:
एक्स = एक्स3एक्स2एक्स1एक्स0 और वाई = वाई3यू2यू1यू.
यदि सभी बिट बिटवाइज़ समान हैं, तो उन्हें मूल्य में समान माना जाता है:
1101=1101 => एक्स=वाई।
यदि कम से कम एक बिट भिन्न है, तो संख्याएँ समान नहीं हैं। बड़ी संख्या को बिटवाइज़ तुलना द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो सबसे महत्वपूर्ण बिट से शुरू होता है:
- 1101>101 - यहाँ X का पहला बिट Y के पहले बिट से बड़ा है, और X>Y;
- 1101>101 - पहला बिट बराबर है, लेकिन X का दूसरा बिट बड़ा है और X>Y;
- 111<1110 - Y का तीसरा बिट बड़ा है, और X के कम से कम महत्वपूर्ण अंक का बड़ा मान कोई मायने नहीं रखता, X<Y।
इस तरह की तुलना का कार्यान्वयन मूल तत्वों के तर्क सर्किट पर बनाया जा सकता है और नहीं, या नहीं, लेकिन तैयार उत्पादों का उपयोग करना आसान है। उदाहरण के लिए, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), घरेलू K564आईपी2 और अन्य श्रृंखला के microcircuits। वे समान संख्या में डेटा और नियंत्रण इनपुट के साथ 2-8 बिट तुलनित्र हैं। ज्यादातर मामलों में, डिजिटल तुलनाकर्ताओं के पास 3 आउटपुट होते हैं:
- अधिक;
- कम;
- बराबर।
एनालॉग उपकरणों के विपरीत, बाइनरी तुलनित्रों के साथ, इनपुट पर समानता एक अवांछनीय स्थिति नहीं है और इसे टालने की कोशिश नहीं की जाती है।
इस तरह के एक उपकरण को बूलियन बीजगणित कार्यों का उपयोग करके प्रोग्रामेटिक रूप से बनाना भी आसान है।एक अन्य विकल्प - कई माइक्रोकंट्रोलर में अलग-अलग बाहरी आउटपुट के साथ "ऑन बोर्ड" एनालॉग तुलनित्र होते हैं, जो आंतरिक सर्किट के लिए 0 या 1 के रूप में दो मानों की तुलना करने के लिए तैयार परिणाम का उत्पादन करते हैं। यह छोटे कंप्यूटिंग सिस्टम के संसाधन को बचाता है .
वोल्टेज तुलनित्र का उपयोग कहाँ किया जाता है?
तुलनित्र का दायरा विस्तृत है। उस पर, उदाहरण के लिए, आप एक थ्रेशोल्ड रिले बना सकते हैं। ऐसा करने के लिए, आपको एक सेंसर की आवश्यकता होती है जो किसी भी मान को वोल्टेज में परिवर्तित करता है। यह मान हो सकता है:
- रोशनी का स्तर;
- शोर स्तर;
- एक बर्तन या जलाशय में तरल स्तर;
- कोई अन्य मूल्य।
तुलनित्र के ट्रिगर स्तर को सेट करने के लिए पोटेंशियोमीटर का उपयोग किया जा सकता है। कुंजी के माध्यम से आउटपुट सिग्नल संकेतक या एक्चुएटर को दिया जाता है।
यदि आप हिस्टैरिसीस बढ़ाते हैं, तो तुलनित्र एक श्मिट ट्रिगर के रूप में काम कर सकता है। जब इनपुट पर धीरे-धीरे बदलते वोल्टेज को लागू किया जाता है, तो आउटपुट होगा असतत संकेत खड़ी मोर्चों के साथ।
दो तत्वों को दो-दहलीज तुलनित्र, या एक विंडो तुलनित्र बनाने के लिए जोड़ा जा सकता है।
यहां, प्रत्येक तुलनित्र के लिए थ्रेशोल्ड वोल्टेज अलग से सेट किया गया है - ऊपरी एक के लिए प्रत्यक्ष इनपुट पर, निचले एक के लिए उलटा एक। नि: शुल्क इनपुट संयुक्त हैं, उन्हें मापा वोल्टेज के साथ आपूर्ति की जाती है। आउटपुट "बढ़ते या" योजना के अनुसार जुड़े हुए हैं। जब वोल्टेज सेट ऊपरी या निचली सीमा से अधिक हो जाता है, तो तुलनित्रों में से एक आउटपुट पर उच्च स्तर का उत्पादन करता है।
एक बहुस्तरीय तुलनित्र को कई तत्वों से इकट्ठा किया जाता है, जिसका उपयोग रैखिक वोल्टेज संकेतक के रूप में किया जा सकता है, या एक मान जो वोल्टेज में परिवर्तित होता है। चार स्तरों के लिए, योजना इस प्रकार होगी:
इस सर्किट में, प्रत्येक तत्व के इनपुट पर एक संदर्भ वोल्टेज लगाया जाता है। इनवर्टिंग इनपुट एक साथ जुड़े हुए हैं, वे मापा संकेत प्राप्त करते हैं। जब ट्रिगर स्तर पर पहुंच जाता है, तो संबंधित एलईडी रोशनी करता है। यदि विकिरण करने वाले तत्वों को एक पंक्ति में व्यवस्थित किया जाता है, तो एक हल्की पट्टी प्राप्त की जाएगी, जिसकी लंबाई लागू वोल्टेज के स्तर के अनुसार बदलती रहती है।
उसी सर्किट का उपयोग एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (एडीसी) के रूप में किया जा सकता है। यह इनपुट वोल्टेज को संबंधित बाइनरी कोड में परिवर्तित करता है। एडीसी में जितने अधिक तत्व शामिल होते हैं, उतनी ही अधिक गहराई, रूपांतरण उतना ही सटीक होता है। व्यवहार में, लाइन कोड का उपयोग करना असुविधाजनक होता है, और इसे एन्कोडर का उपयोग करके एक परिचित कोड में बदल दिया जाता है। एनकोडर को तार्किक तत्वों पर बनाया जा सकता है, तैयार किए गए माइक्रोक्रिकिट का उपयोग करें, या उपयुक्त फर्मवेयर के साथ रॉम का उपयोग करें।
पेशेवर और शौकिया सर्किटरी में तुलनित्रों का दायरा विविध है। इन तत्वों का उचित उपयोग कई प्रकार की समस्याओं को हल करने की अनुमति देता है।
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