입력 핀에서 두 전압 레벨을 비교하고 어떤 입력 전압이 다른 전압보다 높은 전위를 갖는지 보여주는 출력을 생성하는 비교기 회로의 기본 기능입니다.

이 기사에서는 IC 741, IC 311 및 IC LM339와 같은 인기있는 IC를 사용하여 비교기 회로를 올바르게 설계하는 방법을 자세히 알아 봅니다.

비교기와 연산 증폭기의 차이점

IC 741은 단일 연산 증폭기의 이상적인 예이며 IC LM311은 전용 단일 비교기의 좋은 예로 간주 될 수 있습니다.

“간단한 회로를 만드는 방법 ”

이 두 장치는 내부적으로 동일한 '삼각형'모양의 장치 기호를 가지고 있으며 일반적으로 비교기 회로를 그리기 위해 인식하고 사용합니다. 그러나이 두 가지 형태의 비교기의 출력 응답에는 몇 가지 주요 차이점이있을 수 있습니다.

연산 증폭기와 비교기는 모두 입력 핀에서 차동 신호를 비교하도록 구성 할 수 있지만 두 대응 장치의 주요 차이점은 다음과 같습니다.

전원이 공급되는 상태에서 연산 증폭기의 출력은 입력 핀 전압 레벨에 따라 양수 또는 음수가되지만 열 수는 없습니다. 대조적으로 비교기 출력은 개방 또는 접지 (네거티브) 또는 부 동일 수 있습니다.
연산 증폭기 출력은 풀업 또는 풀다운 저항 없이도 작동 할 수 있지만, 비교기는 출력 단계가 정상적으로 작동 할 수 있도록 항상 외부 풀업 또는 풀다운 저항이 필요합니다.
연산 증폭기는 고 이득 증폭기 회로를 구축하는 데 사용할 수 있지만 비교기는 이러한 애플리케이션에 사용할 수 없습니다.
연산 증폭기의 출력 스위칭 응답은 일반적으로 비교기 IC에 비해 느립니다.

고전적인 비교기 회로 설계는 다음 그림에서 볼 수 있습니다.

여기서 출력은 비 반전 (+) 입력의 전압이 반전 (-) 입력보다 높을 때마다 '높은'디지털 신호로 응답합니다. 반대로 비 반전 입력 전압이 반전 입력 전압보다 낮을 때마다 출력은 낮은 디지털 신호로 바뀝니다.

위의 그림을 참조하면 기준 전압으로 구성된 하나의 입력 (이 예에서는 반전 입력)과 입력 신호 전압에 연결된 비 반전 입력 인 다른 입력 핀을 갖는 비교기 회로의 표준 연결을 볼 수 있습니다. .

Vin이 + 2V의 기준 전압보다 낮은 전압으로 유지되는 동안 출력은 약 -10V에서 낮게 유지됩니다. Vin이 + 2V 바로 이상으로 증가하면 출력은 즉시 상태를 변경하고 약 +로 전환됩니다. 10V. 출력 상태가 -10V에서 + 10V로 변경되면 Vin이 기준 + 2V보다 높아 졌음을 나타냅니다.

비교기 내부의 주요 구성 요소는 매우 높은 전압 이득으로 설정된 연산 증폭기 회로입니다. 비교기의 작동을 정확하게 연구하기 위해 아래와 같이 IC 741의 예를 사용할 수 있습니다.

여기에서 반전 입력 핀 2 (-)가 접지 또는 0V 레벨을 참조하는 것을 볼 수 있습니다. 연산 증폭기의 비 반전 입력 인 pin3에 사인파 신호가 적용됩니다. 이 교대로 변하는 정현파 신호는 이미지의 오른쪽에 표시된 것처럼 출력이 높은 출력 상태와 낮은 출력 상태 사이에서 전환되도록합니다.

입력 Vin이 0V 기준에서 1 밀리 볼트까지 이동하면 IC의 내부 고 이득 연산 증폭기에 의해 차이가 증폭되어 출력이 양의 포화 레벨에서 높아집니다. 이 상태는 Vin 신호가 0V 기준 이상으로 유지되는 한 지속됩니다.

이제 신호 레벨이 0V 기준 아래로 떨어지면 출력이 더 낮은 채도 레벨로 구동됩니다. 다시 말하지만,이 조건은 Vin 입력 신호가 0V 기준 레벨 아래로 유지되는 한 유지됩니다.

위의 설명과 이미지에 표시된 파형은 선형 적으로 변화하는 입력 신호에 대한 출력의 디지털 응답을 명확하게 나타냅니다.

일반 애플리케이션의 경우 기준 레벨이 0V 일 필요는 없으며 요구 사항에 따라 양의 레벨이 될 수 있습니다. 또한 필요한 경우 입력 신호가 다른 입력 핀에 적용되는 동안 레퍼런스를 양극 또는 음극 공급 라인에 연결할 수도 있습니다.

IC 741을 비교기로 사용

다음 예에서는 효과적으로 연산 증폭기를 비교기로 사용

그림에서 반전 입력 핀 (-)에 설정된 양의 레퍼런스로 작동하는 연산 증폭기 회로를 볼 수 있습니다. 출력은 LED로 연결됩니다.

전압 분배기 네트워크 공식을 사용하여 IC의 (-) 입력 핀에서 기준 전압 값을 계산할 수 있습니다.

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

이 레퍼런스는 IC의 (-) 핀과 관련되어 있기 때문에 (+) 입력의 전압 Vin이이 레퍼런스보다 높거나 레퍼런스보다 양이되면 출력 Vo가 양의 포화 레벨로 전환되도록합니다.

그러면 LED가 켜지고 Vin이 기준 레벨 인 + 6V보다 더 양이되었음을 나타냅니다.

반대로 비 반전 입력 (+)이 기준 핀으로 구성되고 Vin이 반전 입력 (-) 핀에 적용된 경우, Vin 입력이 기준 값 아래로 내려 가면 출력이 낮아지고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

그러면 LED가 즉시 꺼집니다.

따라서 입력 핀을 기준 레벨 및 입력 신호와 적절하게 연결하여 주어진 입력 신호에 대해 LED를 켜거나 끌 수 있습니다.

특수 비교기 IC 장치 사용

일반적으로 연산 증폭기는 비교기 회로로 훌륭하게 작동하지만 전용 비교기 IC를 사용하면 비교기 애플리케이션에 연산 증폭기보다 훨씬 더 잘 작동합니다.

비교기 IC는 특히 비교기 기능을 위해 이상적으로 설계되었으며 출력에서 포지티브 레벨과 네거티브 레벨 사이의 빠른 스위칭과 같은 개선 된 응답을 보여줍니다.

이러한 IC는 노이즈에 대한 내성이 더 높으며 대부분의 경우 출력을 부하 구동에 직접 사용할 수 있습니다.

다음 논의에서 널리 사용되는 몇 가지 비교기 IC에 대해 자세히 알아 보겠습니다.

IC 311을 사용한 비교기 회로

위의 그림은 비교기 IC 311의 내부 레이아웃과 핀아웃 세부 정보를 보여줍니다. IC는 이중 전원 공급 장치에서도 작동하도록 설계되었으며, 이는 모두를위한 표준 호환 수준 인 + 15V 및 -15V 범위에서 최신 디지털 IC.

IC 내부의 출력단에는 플로팅 컬렉터와 이미 터 단자가있는 바이폴라 트랜지스터가 있습니다. 이는이 트랜지스터의 출력을 두 가지 다른 방법으로 구성 할 수 있음을 의미합니다.

콜렉터 핀 7과 함께 풀업 저항을 추가하고 이미 터 핀 1을 접지 한 다음 콜렉터를 출력으로 사용합니다.
컬렉터를 양의 선과 결합하고 이미 터를 출력으로 사용합니다.

트랜지스터 출력은 외부 버퍼 단계없이 직접 릴레이 또는 램프와 같은 작은 부하를 구동하는 데 사용할 수도 있습니다.

IC는 또한 출력으로 게이트 될 수있는 밸런스 및 스트로브 입력을 특징으로합니다.

다음 섹션에서이 IC의 몇 가지 유용한 응용 프로그램에 대해 설명합니다.

위의 그림은 IC 311이 어떻게 제로 크로싱 검출기 제로 라인을 통과 할 때마다 입력 전압을 감지하는 비교기.

311의 반전 입력 (-)은 접지와 결합 된 것을 볼 수 있습니다. 입력 신호가 양의 레벨에있는 동안 출력 트랜지스터는 ON 상태로 유지되어 출력 (트랜지스터 콜렉터)에서 로우 (이 예에서는 -10)를 생성합니다.

입력 신호가 음이되거나 0V 미만이되면 트랜지스터가 꺼집니다. 이것은 IC의 컬렉터 출력에서 + 10V를 생성합니다. 이를 통해 입력 신호가 0 레벨보다 높고 0 레벨 아래로 떨어졌는지 알 수 있습니다.

아래의 다음 그림은 IC 311 비교기가 스트로브 회로를 만드는 데 사용되는 방법을 보여줍니다.

이 비교기 회로의 예에서 핀 3 전압 레벨이 핀 2 기준 이상으로 상승하면 출력 핀 7이 하이가됩니다. 그러나 이것은 pin6 스트로브 입력 핀이 낮거나 0V 일 때만 발생할 수 있습니다.

높은 TTL 스트로브가 트랜지스터의베이스에 적용될 때, pin6이 낮아져 IC 출력 트랜지스터가 꺼져서 pin7이 high가되도록합니다.

출력은 핀 3의 입력 신호 상태에 관계없이 TTL 입력이 하이로 유지되는 한 계속해서 높게 유지됩니다.

그러나 TTL 신호가 스트로브 형식으로 적용되면 출력은 pin3의 입력 신호에 응답합니다. 간단히 말해서, pin6이 스트로브되지 않는 한 출력은 높은 상태로 고정됩니다.

릴레이를 비교기와 연결하는 방법

아래의 다음 그림은 비교기 311을 직접 사용하여 중계를하다 .

여기서 입력 pin2의 전압 레벨이 0V 아래로 떨어지면 pin3은 pin2보다 더 양의 값을 갖습니다. 이로 인해 내부 트랜지스터의 콜렉터가 꺼지고 릴레이가 켜집니다. 그만큼 릴레이 접점 원하는 스위칭 동작을 실행하기 위해 더 무거운 부하로 배선 될 수 있습니다.

핀 2의 (+) 입력이 0V 미만으로 유지되는 한 릴레이는 계속 켜져 있습니다. 반대로 핀 2에서 양의 신호를 사용할 수있는 경우 릴레이는 꺼진 상태로 유지됩니다.

IC 339를 사용한 비교기 회로

LM339로 널리 쓰이는 IC 339는 쿼드 비교기 IC입니다. 의미는 아래 그림과 같이 입력 및 출력이 IC 패키지의 각 외부 핀을 통해 적절하게 종단되는 4 개의 개별 전압 비교기를 포함합니다.

다른 비교기와 마찬가지로 각 비교기 블록에는 두 개의 입력과 하나의 출력이 있습니다. IC가 Vcc 및 접지 공급 핀에 전압을 적용하여 전원을 공급하면 모든 비교기에 전원을 함께 공급합니다. 따라서 단일 비교기가 사용 되더라도 나머지 3 개는 모두 전력을 소비하게됩니다.

“주파수 카운터 란 무엇입니까 ”

모든 비교기는 정확히 동일한 특성을 가지고 있으므로 이들 중 하나를 분석하여 기본 비교기 기능을 배울 수 있습니다.

양의 차동 입력이 입력 단자에 적용되면 적용된 신호 간의 차이가 양의 경우 출력 트랜지스터가 꺼집니다. 이로 인해 출력에 개방 회로 또는 부동 개방이 표시됩니다.

차동 입력이 음수이면 입력 핀에 적용된 신호 간의 차이가 음수이면 비교기의 출력 트랜지스터가 켜지고 비교기의 출력 핀이 음으로 바뀌거나 V 전위가됩니다.

위의 그림을 참조하면 IC의 비 반전 (+) 입력이 기준 핀으로 사용될 때 반전 입력 핀 (-)에서이 기준보다 낮은 전압이 출력을 발생 시킨다는 것을 이해할 수 있습니다. 비교기가 열립니다. 반면에 (-)가 기준 핀으로 사용되는 경우 기준보다 높은 (+) 입력의 전압 레벨은 출력이 음으로 바뀌거나 V-

IC 339가 비교기처럼 작동하는 방법을 알아보기 위해 다음 예제에서는 IC를 제로 크로싱 검출기로 보여줍니다.