مقایسه کننده ها (Comparator) از جمله اجزای کاربردی و حیاتی بسیاری از دستگاههای الکترونیکی هستند. اینک در این مطلب از بلاگ بهنام رباتیک میخواهیم بگوییم این قطعات چه کارهایی انجام میدهند، چگونه کار میکنند و مزایای آنها کدامند؟ پس با ما همراه باشید.
مقایسه کننده ها چه کاری انجام میدهند؟
برای هر چیزی که باید اندازهگیری شود، یک ابزار وجود دارد بنابراین به منظور بررسی میزان ولتاژ در دنیای الکتریسیته نیز ابزار خاصی در دسترس قرار دارد. وقتی صحبت از مقایسه کننده ها میشود، به یاد قطعهای میافتیم که طراحی شده تا دو ولتاژ را بررسی نماید و به کاربر بگوید کدام دستگاه بیشترین ولتاژ را داراست.
مقایسه کننده ها چگونه کار میکنند؟
شیوه طراحی و اصول کارکرد مقایسه کننده ها بسیار آسان است به طوری که دو جریان از طریق این قطعات ارسال و سپس قرائت میشوند و در مرحله بعد خروجی ارائه میگردد تا به ما بگوید کدام دستگاه بیشترین ولتاژ را داراست. جریانهای ورودی مقایسهکنندهها از نوع معکوس و غیرمعکوس هستند.
البته شاید برخیها این ورودیها را منفی و مثبت بنامند؛ یعنی معکوس، منفی و غیرمعکوس، مثبت باشند. خروجی مقایسه کننده با در نظرگیری بیشترین ولتاژ، به دو حالت High و Low خوانده میشوند. حالت High بیانگر ولتاژ مثبت و حالت Low بیانگر ولتاژ منفی است. این اطلاعات همچنین، به صورت باینری نیز قرائت خواهند شد؛ یعنی 0 همان منفی یا Low و 1 همان مثبت یا High خواهد بود. خروجیهای هر مقایسهکننده را میتوان با معادلههای زیر نیز نشان داد:
- وقتی V+>V- بود، Vo=1 است
- وقتی V+<V- بود، Vo=0 است
با توضیحات داده شده، یک مقایسهکننده با تقویت تفاوتها میان ولتاژ دو ورودی، فعالیت میکند تا کاربران بتوانند قویترین ولتاژ را تشخیص دهند و یک خروجی تولید کنند. در واقع دستگاهی که عملیات تقویت را انجام میدهد، آمپلیفایر تفاضلی با نرخ بهره یا گین بالا نامیده میشود.
کاربردهای مقایسه کننده ها کدامند؟
حال که با مفهوم مقایسه کننده ها آشنا شدهاید، شاید سؤالی که برایتان پیش آمده، کاربرد مقایسه کننده ها باشد. Comparatorها قطعات متنوعی هستند که میتوانند به روشهای مختلفی به کار گرفته شوند. اولین کاربرد آنها استفاده به عنوان تشخیصدهنده عبور از صفر میباشد. در دستگاههایی که مقایسهکنندهها با این هدف به کار میروند، این قطعات موظف به ردیابی شکل موجهای سینوسی هستند که بین جریان ولتاژ منفی و مثبت جابهجا میشوند. Comparatorها معمولاً در مدارهای مانیتورینگ پاور، مودمها و سایر دستگاههای خانگی به کار میروند.
جای دیگری که مقایسهکنندهها استفاده میشوند، در نوسانگرها است. این قطعات در نشانگرها، چراغهای چشمکزن و حتی اینورترها قرار میگیرند و هدف آنها نیز نمایش خروجی در قالب سیگنال تکراری میباشد. شکل موج Comparator مثلثی و بعضاً مربعی است و برخیها نیز این نوع امواج را غیرسینوسی مقطعی مینامند.
سومین جایی که مقایسهکنندهها به کار میروند، مبدلهای آنالوگ به دیجیتال هستند. این دستگاهها سیگنالهای آنالوگ را به اطلاعات خواندنی دیجیتالی و دادههای دیجیتالی جریان ولتاژ تبدیل میکنند. به خاطر کاربری گستردهای که دارند، Comparatorها در وسایل مختلفی نظیر گوشیهای هوشمند، وسایل ارتباطی قابل حمل، دستگاههای صوتی و تصویری، دوربینهای دیجیتالی و . . . استفاده میشوند.
مقایسهکنندهها در تشخیصدهندههای پنجرهای نیز به کار میروند. این دستگاهها از دو Comparator بهره میبرند. خروجی آنها به شکل گیت منطقی AND حرکت میکنند تا جریان را اندازهگیری کرده و الگوهای ناشناخته را تشخیص دهند. دستگاههای نامبرده در تجهیزات ایمنی نظیر سیستمهای هشداردهنده صنعتی، آزمایش خطوط تولید محصولات و سنسورهای تشخیص سطح به کار میروند. همچنین، این دستگاهها در دوربینهای دیجیتالی نیز حاضر هستند.
آخرین گروه از دستگاههایی که از مقایسه کننده ها بهره میبرند، تشخیصدهندههای خنثی میباشند که با عنوان ابزارهای خنثی نیز شناخته میشوند. این دستگاهها برای تشخیص ولتاژ نول به کار میروند. همچنین، Comparatorها در گالوانومترها هم حضور دارند تا ولتاژ یا جریان را اندازهگیری نماید.
انواع مقایسه کننده ها
همچون دیگر قطعات موجود در بازار، از مقایسهکنندهها نیز انواع مختلفی وجود دارد. مقایسهکنندهها که پیشتر در مورد آنها توضیح داده بودیم، در زمان تقویت ولتاژ، از تقویتکنندههای عملیاتی بهره میبرند.
مقایسهکنندههای معکوس، ولتاژ مرجع را با ولتاژ ورودی مقایسه میکند تا خروجی بدهد و ولتاژ ورودی نیز در ترمینال معکوس آمپلیفایر باقی بماند. در واقع به همین دلیل است که به این نوع، مقایسه کننده معکوس میگویند.
دومین نوع از مقایسهکنندههای الکترونیکی، غیرمعکوس نام دارند. این قطعات بر خلاف مقایسه کننده های معکوس کار میکنند. در آنها یک تقویتکننده عملیاتی به عنوان یک مدار مرجع و ورودی وجود دارد. با این حال، بر خلاف مقایسهکنندههای معکوس، مدار ورودی روی ترمینال غیرمعکوس و مدار مرجع روی ترمینال معکوس جای میگیرد. با این وجود، دیاگرام و شکل و شمایل یک مقایسهکننده غیرمعکوس شبیه یک مقایسهکننده معکوس است که دو ورودی و یک خروجی دارد.
آخرین نوع مقایسه کننده ها، آپ امپ LM324 است. این قطعه چهار مقایسهگر را روی یک چیپ دارد تا به شما اجازه دهد چندین مدار یک دستگاه را مقایسه و اجرا کنید. در LM324، جریان معکوس روی ورودی منفی و جریان غیرمعکوس روی ورودی مثبت قرار میگیرد. این اتفاق در همه چهار مقایسهکنندهای که در یک دستگاه هستند، رخ میدهد. همچون مقایسهکنندههای معکوس و غیرمعکوس، هر کدام از Comparatorهای موجود در چیپ بر پایه دریافت دو ورودی و ارائه یک خروجی کار میکند.
مزایای مقایسه کننده ها
مزایای زیادی میتوان برای Comparatorها برشمرد که اولین آنها نداشتن قسمتهای محرک یا جابجاشونده است زیرا یک مقایسهکننده به جریان، سیگنال و خروجی دیجیتال تکیه دارد. این یعنی Comparatorها قطعات محرک کمتری دارند بنابراین افت عملکرد آنها ناچیز خواهد بود. همین موضوع مقایسهکنندهها را به قطعات بادوام و مقرون به صرفهای تبدیل میکند.
مقایسهکنندهها همچنین، بسیار حساس هستند و به همین خاطر میتوانند کوچکترین تغییرات در جریان را ثبت نمایند. این یعنی Comparatorها دقت بالایی دارند و در جاهایی که مانیتورینگ ایمنی بااهمیت است، میتوان روی اطلاعات داده شده توسط آنها صحه گذاشت.
در پایان اشاره کنیم که مقایسهکنندهها در سایزهای مختلفی در دسترس قرار دارند ولی از نظر عملکردی و نصب ساده هستند. این یعنی میتوان از Comparatorها در دستگاههای گوناگون بهره برد.