Опубликовано

Компаратор

оптический компаратор

Смотреть что такое «оптический компаратор» в других словарях:

  • оптический компаратор — Оптический прибор, предназначенный для одновременного наблюдения объекта контроля и контрольного образца. Тематики контроль неразрушающий оптический Обобщающие термины термины оптических приборов, применяемых при оптическом… … Справочник технического переводчика

  • оптический компаратор — optinis komparatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Komparatorius su jame įtaisytu optiniu įtaisu, padidinančiu analizuojamojo objekto atvaizdą. atitikmenys: angl. optical comparator vok. optischer Komparator, m rus … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • оптический компаратор — optinis komparatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. optical comparator vok. optisches Komparator, n rus. оптический компаратор, m pranc. comparateur optique, m … Fizikos terminų žodynas

  • Оптический измерительный прибор — в машиностроении, средство измерения, в котором визирование (совмещение границ контролируемого размера с визирной линией, перекрестием и т.п.) или определение размера осуществляется с помощью устройства с оптическим принципом действия.… … Большая советская энциклопедия

  • Компаратор — прибор для точного сравнения линейных мер, впервые устроенный в 1792 г. Ленуаром, в Париже, для сравнения концевых мер [Концевыми (à bout) мерами называются такие, в которых длина (например, 1 м) представляет расстояние между оконечностями, как в … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • comparateur optique — optinis komparatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Komparatorius su jame įtaisytu optiniu įtaisu, padidinančiu analizuojamojo objekto atvaizdą. atitikmenys: angl. optical comparator vok. optischer Komparator, m rus … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • optical comparator — optinis komparatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Komparatorius su jame įtaisytu optiniu įtaisu, padidinančiu analizuojamojo objekto atvaizdą. atitikmenys: angl. optical comparator vok. optischer Komparator, m rus … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • optinis komparatorius — statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Komparatorius su jame įtaisytu optiniu įtaisu, padidinančiu analizuojamojo objekto atvaizdą. atitikmenys: angl. optical comparator vok. optischer Komparator, m rus. оптический компаратор … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • optischer Komparator — optinis komparatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Komparatorius su jame įtaisytu optiniu įtaisu, padidinančiu analizuojamojo objekto atvaizdą. atitikmenys: angl. optical comparator vok. optischer Komparator, m rus … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • comparateur optique — optinis komparatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. optical comparator vok. optisches Komparator, n rus. оптический компаратор, m pranc. comparateur optique, m … Fizikos terminų žodynas

  • optical comparator — optinis komparatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. optical comparator vok. optisches Komparator, n rus. оптический компаратор, m pranc. comparateur optique, m … Fizikos terminų žodynas

Цифровые компараторы

Цифровой компаратор предназначен для сравнения двух n-разрядных двоичных чисел A={a1, a2, …, an} и B={b1, b2, …, bn}. В результате сравнения может установливаться одно из соотношений: =, ≠; >; <; ≥; ≤. Выходная функция F принимает единичное значение, если проверяемое соотношение выполняется или нулевое – если не выполняется. Цифровой компаратор позволяет реализовывать ту часть алгоритма измерения в цифровой измерительной технике, в которой заложена процедура сравнения неизвестного значения измеряемой величины с цифровой мерой. Рассмотрим синтез компаратора для реализации функции равенства двух n-разрядных двоичных кодов. Факты равенства, больше и меньше отдельных разрядов определим функциями f(A=B)i, f(A>B)i и f(A<B)i, заданной следующей таблицей истинности 8.9:

Таблица 8.9.

Входы Выходы
ai bi f(A=B)i f(A>B)i f(A<B)i

Тогда факт неравенства разрядов будет определяться инверсным значением функции . Определим ФАЛ для f(A=B)i, соответствующую приведенной таблице истинности

.

Синтезированная структурная схема в соответствии с формулой для f(A=B)i имеет вид, представленный рис. 8.22.

Рис. 8.22. Функциональная схема устройства сравнения одноразрядных кодов.

Выполним следующие преобразования над функцией f(A=B)i, используя тождества алгебры логики:

,

т.е. окончательно имеем инверсию функции исключающее ИЛИ.

Функция неравенства одного разряда тогда будет выражаться через прямое значение функции Исключающее ИЛИ. Для перехода от равенства (неравенства) отдельных разрядов к функции равенства F(A=B) (неравенства ) всего n-разрядного кода необходимо установить факт наличия логических единиц во всех функциях f(A=B)i ( ). Это осуществляется n-входовым элементом И. ФАЛ для функции F(A=B) с учетом использования функции инверсии исключающего ИЛИ имеет вид

.

Функция f(A>B)i одноразрядного числа согласно таблице 8.9 будет реализовываться двухвходовым элементом И, на один вход которого будет подаваться разряд ai в прямом виде, а на второй – разряд в инверсном виде, т.е. . Несколько сложнее обстоит дело со схемой сравнения n-разрядных слов на «больше». Для этого анализ неравенства должен выполняться последовательно в направлении от старших разрядов в сторону младших. Младшие разряды сравниваются при условии равенства старших. Тогда логика сравнения на «больше» для двухразрядного слова с учетом равенства/неравенства старшего разряда может быть представлена в следующем виде

.

Аналогично можно записать логику сравнения для трехразрядного числа

и четырехразрядного числа

.

В общем случае функция сравнения на «больше» для произвольного n-разрядного числа можно выразить

Подставив минтермы функций f(A>B)i в переменных ai и bi и эквивалентные функциям f(A=B)i элементы исключающее ИЛИ-НЕ, можно реализовать представленную ФАЛ для F(A>B).

Функцию сравнения на «меньше» можно определить как

,

т.е. только если будет отсутствовать факт равенства F(A=B)=0 и факт больше F(A>B)=0, то схемой совпадения нулей (функцией ИЛИ) установится общий ноль, а инверсия этого нуля даст единичное значение функции F(A<B) как последнего оставшегося варианта сравнения.

Пример схемы, реализующей рассмотренные выше функции F(A=B), F(A>B) и F(A<B) двух четырехразрядных чисел приведен на рис.8.23.

Рис.8.23. Функциональная схема компаратора, реализующего функции «равно», «больше», «меньше» двух четырехразрядных чисел.

Из-за громоздкости структуры компараторов чисел большой разрядности и необходимости использования в этом случае логических элементов с большим количеством входов, в интегральном исполнении обычно реализуются компараторы, сравнивающие двоичные коды с разрядностью n не более 4 или 8 бит. Для повышения разрядности обрабатываемых кодов сравниваемые слова разбиваются на группы фиксированной разрядности с индивидуальными выходами функций сравнения на «равно» F(A=B)i и «больше» F(A>B)i в каждой группе. Тогда описанный выше метод применим и для анализа n-разрядных кодов. Для этого выходы функций равенства и больше компараторов отдельных групп объединяются в часть схемы рис.8.23, заключенную в пунктирную линию. В результате формируется результат сравнения кодов всей длины. В условном графическом обозначении функция компаратора задается символами «= =» или «COMP».

В качества примера можно привести микросхему четырехразрядного компаратора К561ИП2, реализующую функции сравнения на «больше», «меньше» и «равно». Эта микросхема может также применяться для сравнения кодов большей разрядности (рис.8.24). Для этого в ней предусмотрены входы переноса функций «меньше» и «равно», на которые подаются выходы одноименных функций группы младших разрядов. Вход «больше» в данной микросхеме избыточен, и на него в микросхемах всех групп необходимо постоянно подавать потенциал логической единицы. На вход «меньше» микросхемы самой младшей группы необходимо подать логический ноль, а на вход «равно» — логическую единицу. Такое же включение микросхемы должно быть и при использовании ее для сравнения четырехразрядных слов.

Рис.8.24. Включение микросхемы К561ИП2 при повышения разрядности сравниваемых слов.

Компаратор

У этого термина существуют и другие значения, см. Компаратор (значения). Символическое изображение аналогового компаратора на электрических и структурных схемах.

Компара́тор аналоговых сигналов (от лат. comparare «сравнивать») — сравнивающее устройство: электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая сигнал высокого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе («+») больше, чем на инвертирующем (инверсном) входе («−»), и сигнал низкого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе меньше, чем на инверсном входе. Значение выходного сигнала компаратора при равенстве входных напряжений, в общем случае не определено. Обычно в логических схемах сигналу высокого уровня приписывается значение логической 1, а низкому — логического 0.

Через компараторы осуществляется связь между непрерывными сигналами, например, напряжения и логическими переменными цифровых устройств.

Применяются в различных электронных устройствах, АЦП и ЦАП, устройствах сигнализации, допускового контроля и др.

Одно из напряжений (сигналов), подаваемое на один из входов компаратора обычно называют опорным или пороговым напряжением. Пороговое напряжение делит весь диапазон входных напряжений, подаваемых на другой вход компаратора на два поддиапазона. Состояние выхода компаратора, высокое или низкое, указывает, в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение. Компаратор с одним входным пороговым напряжением принято называть однопороговым компаратором, существуют компараторы с двумя или несколькими пороговыми напряжениями, которые, соответственно делят диапазон входного напряжения на число поддиапазонов на 1 большее числа порогов.

Сравниваемый сигнал может подаваться как на инвертирующий, так и на неинвертирующий вход компаратора. Соответственно, в зависимости от этого компаратор называют инвертирующим или неинвертирующим.

Математическое описание компаратора

Проходная характеристика неинвертирующего компаратора. U оп = U r e f {\displaystyle U_{\text{оп}}=U_{ref}} в формулах.

В аналитическом виде идеальный однопороговый неинвертирующий компаратор задаётся следующей системой неравенств:

U o u t = { U 0 , if U i n < U r e f не определено , if U i n = U r e f U 1 , if U i n > U r e f {\displaystyle U_{out}={\begin{cases}U_{0},&{\mbox{if }}U_{in}<U_{ref}\\{\text{не определено}},&{\mbox{if }}U_{in}=U_{ref}\\U_{1},&{\mbox{if }}U_{in}>U_{ref}\end{cases}}} где U r e f {\displaystyle U_{ref}} — напряжение порога сравнения, U o u t {\displaystyle U_{out}} — выходное напряжение компаратора, U i n {\displaystyle U_{in}} — входное напряжение на сигнальном входе компараторе.

Третьему, неопределённому значению, в случае бинарного состояния выхода можно:

  1. присвоить U 0 {\displaystyle U_{0}} или U 1 {\displaystyle U_{1}} ,
  2. присвоить U 0 {\displaystyle U_{0}} или U 1 {\displaystyle U_{1}} случайным образом динамически,
  3. учитывать предыдущее состояние выхода и считать равенство недостаточным для переключения,
  4. учитывать первую производную по времени выходного сигнала и её равенство нулю считать недостаточным для переключения.

В случае использования многозначной логики, например, троичной для учёта третьего состояния (равенство) применить соответствующую троичную функцию из чёткой троичной логики с чётким третьим значением.

Схемотехника компараторов

Схемотехнически простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель с высоким коэффициентом усиления (в идеале — бесконечным). Обычно в качестве компараторов напряжения в современной электронике применяют микросхемы операционных усилителей (ОУ). Но существуют и выпускаются специализированные для применения в качестве компараторов микросхемы.

Микросхема компаратора отличается от обычного линейного (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:

  • Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон дифференциальных входных напряжений (между инвертирующим и неинвертирующим входами), вплоть до значений питающих напряжений, а также полный диапазон синфазных напряжений.
  • Выходной каскад компаратора обычно конструируют совместимым по логическим уровням и токам с распространённым типом входов логических схем (технологий ТТЛ, ЭСЛ и т. п.). Возможны исполнения выходного каскада компаратора на одиночном транзисторе с открытым коллектором, что обеспечивает одновременную совместимость с ТТЛ и КМОП логическими микросхемами.
  • Микросхемы компараторов не рассчитаны для работы с отрицательной обратной связью как ОУ и при их применении отрицательная обратная связь не используется. И наоборот, для формирования гистерезисной передаточной характеристики компараторы часто охватывают положительной обратной связью. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключений состояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале, при медленно изменяющемся входном сигнале.
  • При проектировании микросхем компараторов уделяется особое внимание быстрому восстановлению входного каскада после перегрузки и смены знака разности входных напряжений. В быстродействующих компараторах для повышения быстродействия схемотехнически не допускают захода биполярных транзисторов в выходном каскаде в режим насыщения.

Компараторы охваченные положительной обратной связью имеют гистерезис и по сути являются двухпороговыми компараторами, часто такой компаратор называют триггером Шмитта.

При равенстве входных напряжений реальные компараторы и ОУ, включенные по схеме компараторов дают хаотически изменяющийся выходной сигнал из-за собственных шумов и шумов входных сигналов. Обычная мера подавления такого хаотического переключения — введение положительной обратной связи для получения гистерезисной передаточной характеристики.

При программном моделировании компаратора возникает проблема выходного напряжения компаратора при одинаковых напряжениях на обоих входах компаратора. В этой точке компаратор находится в состоянии неустойчивого равновесия. Проблему можно решить множеством разных способов, описанных в подразделе «программный компаратор».

Программное моделирование компаратора

В программах в качестве первого приближения можно использовать простейшую модель асимметричного компаратора, в котором третье значение с равными величинами сравниваемых входных переменных постоянно приписывается к «0» или к «1», в примере, приведенном ниже, третье значение постоянно приписывается к «0»:

DEFINT Y DEFSNG X Xref=2.5 Xin=2.6 IF Xin>Xref THEN Y=1 ELSE Y=0 ‘Асимметричный компаратор PRINT Y

В более сложных моделях симметричных компараторов третье значение можно, в рамках двоичной логики:

  1. приписать к «0» или к «1» постоянно,
  2. приписывать к «0» или к «1» случайным образом динамически,
  3. учитывать предыдущее значение и считать равенство недостаточным для переключения,
  4. учитывать первую производную и её равенство нулю считать недостаточным для переключения,

или выйти за рамки двоичной логики и:

  1. для учёта третьего значения (равенство) применить соответствующую троичную функцию из чёткой троичной логики с чётким третьим значением.

Существующая проблема третьего состояния при программном моделировании, когда два числа, представленные кодовыми словами, могут быть в точности равны, на практике не имеет места: два напряжения не могут в точности совпадать, так как, во-первых, аналоговое напряжение величина неквантуемая, а во-вторых, существует шум, напряжение смещения входов компаратора, и иные возмущения, разрешающие неоднозначность даже в случае равенства входных напряжений аналогового компаратора.

Компараторы с двумя и более напряжениями сравнения

Строятся на двух и более обычных компараторах.

Двухпороговый (троичный) компаратор

Двухпороговый (троичный) компаратор имеет два напряжения сравнения и состоит из двух обычных компараторов. Два напряжения сравнения делят весь диапазон входных напряжений на три нечётких поддиапазона в нечёткой (fuzzy) троичной логике, которым присваиваются три чётких значения в чёткой троичной логике. Двухбитный троичный (2B BCT) логический сигнал (трит) на выходе троичного компаратора указывает, в каком из трёх поддиапазонов находится входное напряжение. Логическая часть троичного компаратора выполняет унарную троичную логическую функцию — «повторитель» (F1073 = F810). Двухбитный троичный трит (2B BCT) может быть преобразован в трёхбитный трит (3B BCT) или в трёхуровневый трит (3LCT).

В аналитическом виде двухпороговый (троичный) компаратор задаётся следующими системами неравенств:

{ U r e f 2 > U r e f 1 U o u t 1 = { 0 , if U i n < U r e f 1 u n d e f i n e d , if U i n = U r e f 1 1 , if U i n > U r e f 1 U o u t 2 = { 0 , if U i n < U r e f 2 u n d e f i n e d , if U i n = U r e f 2 1 , if U i n > U r e f 2 {\displaystyle {\begin{cases}U_{ref2}>U_{ref1}\\U_{out1}={\begin{cases}0,&{\mbox{if }}U_{in}<U_{ref1}\\undefined,&{\mbox{if }}U_{in}=U_{ref1}\\1,&{\mbox{if }}U_{in}>U_{ref1}\end{cases}}\\U_{out2}={\begin{cases}0,&{\mbox{if }}U_{in}<U_{ref2}\\undefined,&{\mbox{if }}U_{in}=U_{ref2}\\1,&{\mbox{if }}U_{in}>U_{ref2}\end{cases}}\end{cases}}}

где:
Uref1 и Uref2 — напряжения нижнего и верхнего порогов сравнения,
Uout1 и Uout2 — выходные напряжения компараторов, а
Uin — входное напряжение на компараторах.

Двухпороговый (троичный) компаратор является простейшим одноразрядным троичным АЦП.

Троичный компаратор является переходником из нечёткой (fuzzy) троичной логики в чёткую троичную логику для решения задач нечёткой троичной логики средствами чёткой троичной логики.

Тумблеры и переключатели на 3 положения без фиксации (ON)-OFF-(ON) являются механоэлектрическими троичными (двухпороговыми) компараторами, в которых входной величиной является механическое отклонение рычага от среднего положения.

Двухпороговый (троичный) компаратор выпускается в виде отдельной микросхемы MA711H (К521СА1).

Применяется в прецизионном триггере Шмитта популярной микросхемы-таймера NE555.

Троичный компаратор низкого качества с двоичными компараторами на цифровых логических элементах 2И-НЕ применён в троичном индикаторе напряжения источника питания с преобразованием трёх диапазонов входного напряжения в один трёхбитный одноединичный трит (3B BCT). Для построения прецизионного триггера Шмитта в этой схеме не хватает двоичного RS-триггера, который можно выполнить на двух дополнительных логических элементах 2И-НЕ (например, использовать два из четырёх логических элементов 2И-НЕ микросхемы К155ЛА3).

Многовходовые компараторы

Входной каскад параллельных АЦП прямого преобразования является многоуровневым компаратором. В нём применяются 2 n − 1 {\displaystyle 2^{n}-1} напряжений сравнения, где n — количество битов выходного кода. Разность соседних уровней сравнения в таких многовходовых компараторах обычно постоянна.

Параметры компараторов

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные. Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ. Основным динамическим параметром компаратора является время переключения tп. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения Uвх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения Uвх над опорным напряжением. На рис. 8 приведены переходные характеристики компаратора mА710 для различных значений дифференциального входного напряжения Uд при общем скачке входного напряжения в 100 мВ. Время переключения компаратора tп можно разбить на две составляющие: время задержки tз и время нарастания до порога срабатывания логической схемы tн. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *