مقایسه کننده چیست؟ معرفی مقایسه کننده ولتاژ دیجیتالی

مقایسه کننده ها وسیله هایی هستند که دو ولتاژ یا جریان الکتریکی را با هم مقایسه می کنند و یک سیگنال دیجیتالی را مطابق با اینکه کدام بزرگتر است نشان می دهند. مقایسه کننده ها دارای دو ورودی آنالوگ و یک خروجی دیجیتال باینری هستند. مقدار خروجی مقایسه کننده نشان می دهد که کدام یک از ورودی ها بزرگتر یا کوچکتر است. یک مقایسه کننده دو ورودی اعمال شده به آن را مقایسه می کند و مقایسه را به عنوان خروجی تولید می کند.

کاربرد مقایسه کننده ها

مقایسه کننده ها اغلب برای بررسی اینکه آیا ورودی به مقدار از پیش تعیین شده رسیده است یا خیر استفاده می شوند. در بیشتر موارد، مقایسه کننده از IC مقایسه کننده اختصاصی استفاده می کند، اما ممکن است از آپ امپ ها نیز به عنوان جایگزین استفاده شود.

دیاگرام های مقایسه کننده و دیاگرام های آپ امپ از نماد های یکسانی استفاده می کنند. آن ها از تقویت کننده های تفاضلی با بهره بالا تشکیل شده اند. آن ها معمولاً در دستگاه هایی که سیگنال های آنالوگ را اندازه گیری و دیجیتالی می کنند، مانند ADC های تقریبی متوالی و اسیلاتور ها استفاده می شوند. زمانی که سیگنال ورودی متغیر به سطح مرجع یا سطح آستانه مشخص برسد مقایسه کننده ها برای تشخیص استفاده می شوند. چنین دستگاه هایی را می توان با استفاده از اجزای مختلف مانند دیود ها، ترانزیستور ها و تقویت کننده ها طراحی کرد. آن ها در بسیاری از دستگاه های الکترونیکی برای راه اندازی مدار های منطقی یافت می شوند.

تعیین اینکه چه زمانی دما به بالاتر از یک آستانه مشخص می رسد برای بسیاری از کاربرد ها مهم است. می توان از یک مقایسه کننده با یک ترمیستور برای تشخیص زمانی که دما به بالاتر از مقدار آستانه می رود استفاده کرد.

نماد مقایسه کننده ها مشابه نماد تقویت کننده عملیاتی (آپ امپ) می باشد. با این حال، نمی توان این دو را یکسان تلقی کرد. آپ امپ روی ورودی آنالوگ کار می کند و می تواند این ورودی را تقویت یا تضعیف کرده و عملیات ریاضی مانند جمع، تفریق، ادغام و تمایز را انجام دهد.

آپ امپ ها در اکثر مدار های الکتریکی استفاده می شوند. یک آپ امپ برای پذیرش سیگنال های آنالوگ و تولید سیگنال آنالوگ طراحی شده است، در حالی که یک مقایسه کننده خروجی را به صورت یک سیگنال دیجیتال ارائه می دهد. اگرچه یک آپ امپ معمولی می تواند به عنوان مقایسه کننده استفاده شود، اما نمی توان آن ها را مستقیماً در مدار های مقایسه کننده ولتاژ استفاده کرد. آپ امپ ها و مقایسه کننده ها ممکن است بر اساس نماد ها و پین های خروجی قابل تعویض به نظر برسند، اما یکسان نیستند.

مقایسه کننده معکوس

یک مقایسه کننده معکوس یک مقایسه کننده بر اساس آپ امپ است که در آن ولتاژ مرجع به پایه غیر معکوس آن و ولتاژ ورودی به پایه معکوس آن اعمال می شود. این مقایسه کننده را مقایسه کننده معکوس می نامند زیرا ولتاژ ورودی که باید مقایسه شود، به پایه معکوس آپ امپ اعمال می شود.

عملکرد یک مقایسه کننده معکوس ساده است. خروجی را بر اساس مقادیر ولتاژ ورودی و ولتاژ مرجع تولید می کند. دیاگرام مدار مقایسه کننده معکوس در شکل زیر نشان داده شده است.

مقایسه کننده غیر معکوس

یک مقایسه کننده غیر معکوس یک مقایسه کننده با آپ امپ است که در آن ولتاژ مرجع به پایه معکوس آن و ولتاژ ورودی به پایه غیر معکوس آن اعمال می شود. این مقایسه کننده بر اساس آپ امپ را یک مقایسه کننده غیر معکوس می نامند زیرا ولتاژ ورودی که باید مقایسه شود به پایه غیر معکوس آپ امپ اعمال می شود. دیاگرام مدار مقایسه کننده غیر معکوس در شکل زیر نشان داده شده است.

آی سی LM324

آی سی تقویت کننده عملیاتی LM324 می تواند به عنوان یک مقایسه کننده عمل کند. این IC دارای چهار تقویت کننده عملیاتی مستقل بر روی یک تراشه است. این یک تقویت کننده چهارگانه کم مصرف است و دارای پایداری و پهنای باند بالایی است که برای کار بر روی یک منبع تغذیه در طیف وسیعی از ولتاژ ها طراحی شده است.

تقویت کننده چهارگانه می تواند در ولتاژ های تغذیه 3.0 ولت یا حداکثر 3.2 ولت با جریان های حدود یک پنجم جریان های مرتبط با MC174 کار کند.

محدوده ورودی حالت مشترک شامل منبع منفی است و ضرورت اجزای بایاس خارجی در بسیاری از کاربرد ها را حذف می کند. محدوده ولتاژ خروجی همچنین شامل ولتاژ منبع تغذیه منفی است. مدار مقایسه کننده LM324 شامل ولتاژ حسگر، ولتاژ مرجع، Vcc،  زمین و خروجی است.

یک منبع تغذیه واحد می تواند یک LM324 را راه اندازی کند، اما می توان از دو منبع تغذیه نیز استفاده کند. پایانه ها یا پایه های مورد استفاده پین های 4 و 11 هستند. منبع تغذیه هر چهار آمپ امپ را فعال می کند.

برای اولین آپ امپ، ورودی معکوس در پین 2 و غیر معکوس در پین 3 اعمال می شود. خروجی اولین آپ امپ در پین 1 بدست می آید.

برای آپ امپ دوم، ورودی معکوس در پین 6 و غیر معکوس در پین 5 اعمال می شود. خروجی آپ امپ دوم در پین 7 به دست می آید.

برای آپ امپ سوم، ورودی معکوس در پین 9 و غیر معکوس در پین 10 اعمال می شود. خروجی آپ امپ سوم در پین 8 به دست می آید.

در آخر، برای چهارمین آپ امپ، ورودی معکوس در پین 13 و غیر معکوس در پین 12 اعمال می شود. خروجی آپ امپ چهارم در پین 14 به دست می آید.