Tricky Circuit

Компаратор: ниже, равно, выше

Напряжение принимает решение

Компаратор сравнивает два напряжения и выбирает высокий или низкий выход. Опорное напряжение — образец для сравнения; порог — входной уровень, при котором решение меняется.

Открыть интерактивный опыт

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТОЛ

Меняй настройки схемы, предсказывай показания и проверяй решение задания. Это учебные модели; допущения объяснены в каждом уроке.

Войди, чтобы сохранять прогресс. Прогресс гостя хранится на этом устройстве.

Открыть лабораторию в полном окне

Почему это работает

Идеальное неинвертирующее сравнение с выходами 0 V и 5 V. Равенство намеренно даёт низкий выход. Смещение, шум, задержка и нагрузка выхода не моделируются; это не конкретная микросхема.

Vin — входное напряжение, Vref — опорное, Vout — выходное. Вход + принимает Vin, вход − принимает Vref; знаки обозначают сравнение, а не электрические заряды. При Vin > Vref получаем Vout = 5 V, иначе Vout = 0 V. Разность ΔV = Vin − Vref выбирает состояние, но не равна напряжению выхода.

Сложность

  1. Собери · Собери

    Включи вход 2 V и опорное напряжение 2.5 V. Получи низкий выход 0 V.

    Нужна подсказка?

    Vin = 2 V; Vref = 2.5 V → Vout = 0 V

  2. Исследуй · Исследуй границу

    Оставь опору 2.5 V и задай вход ровно 2.5 V. Найди правило равенства модели: выход 0 V.

    Нужна подсказка?

    Vin = Vref = 2.5 V → Vout = 0 V

  3. Реши сам · Реши задачу

    Оставь опору 2.5 V и установи вход 3 V. Сделай выход высоким: 5 V.

    Нужна подсказка?

    Vin = 3 V; Vref = 2.5 V → Vout = 5 V

Дополнительные материалы и карточки схем

Напряжение принимает решение

Представь датчик бака: напряжение растёт вместе с уровнем воды. Компаратор превращает «сколько?» в «выше выбранной границы?». Меняя опору, можно выбрать границу без изменения датчика. Бак — аналогия; этот опыт сравнивает только напряжения.

ΔV = Vin − Vref; Vin > Vref → Vout = 5 V; Vin ≤ Vref → Vout = 0 V

Энергию выхода даёт постоянное питание 5 V. Два входа лишь выбирают состояние, поэтому небольшая разность может вызвать гораздо больший скачок выхода.

Полезная закономерность

Входы 2.6 V и 4 V дают одинаковый выход 5 V при опоре 2.5 V. Компаратор сообщает, с какой стороны границы находится вход, а не насколько далеко.

За пределами модели

Настоящий вход, колеблющийся около порога, может вызывать многократные переключения выхода. При равенстве важны шум и малое смещение; следующий урок добавляет решению память.

Ошибка, которой стоит избежать

Равные входы дают 0 V по правилу модели. Это не гарантия для настоящего компаратора и не «половина питания».

Вход остаётся 3 V, опору меняют с 2.5 V на 3.5 V. Выход…

  1. остаётся 5 V
  2. меняется на 0 V
  3. становится 3 V
Читать дальше

Вход был выше опоры, а стал ниже неё: сравнение меняет решение.

Собери

Задай вход 2 V и опору 2.5 V, затем включи питание. Отрицательная разность выбирает 0 V.

Vout = 0 V

Исследуй границу

Задай вход 3 V и опору 2.5 V, затем включи питание. Положительная разность 0.5 V выбирает полный выход 5 V.

Vout = 5 V

Измени одну величину

Удерживай вход 3 V. Меняй только опору с 2 V через 3 V до 4 V. Найди границу и пройди обратно: у этого компаратора нет памяти.

ti.com