Компаратор являє собою пристрій порівняння сигналів, своєрідні електричні терези. Якщо на один з входів компаратора (чашу терезів) подати еталонний сигнал (покласти гирку), а на іншій – подати контрольований сигнал (покласти вантаж невідомої маси), на виході пристрою сигнал буде мати значення 0 (або іпіт) до тих пір, поки один сигнал «не переважить» інший. Після цього компаратор переключиться: вихідний сигнал змінить значення до 11піт (або 0, відповідно). На основі компараторів можна зібрати безліч релейних і інших схем, мала частина яких буде представлена ​​нижче.

До градієнтним реле (рис. 19.1 – 19.6) можна віднести пристрої, що реагують на швидкість зміни контрольованого параметра. Такі реле використовують для контролю змінних в часі величин [Рл 10/00-28].

Рис. 19.1

У початковому стані напруги на входах компаратора рівні. Градієнтне реле знаходиться в режимі очікування сигналу. При зміні напруги на дільнику R1 – датчик на одному з входів компаратора напруга змінюється миттєво, на іншому – зміна напруги в часі відбувається із затримкою, обумовленої наявністю RC-ланцюжка (рис. 19.2 – 19.4). Для спрацьовування компаратора достатньо, щоб різниця напруг між його входами склала кілька мВ. Якщо вважати, що заряд (або розряд) конденсатора відбувається за лінійним законом, то при зміні опору датчика градієнтне реле спрацює в момент часу t1 (мал. 19.1). При подальшій стабілізації опору датчика або повернення його до початкового рівня на входах компаратора знову встановлюється стан рівноваги, градієнтне реле вимикається.

Нижче наведені практичні приклади застосування градієнтних реле.

Градієнтне фотореле. Індикатор зміни освітленості (рис. 19.2) призначений для використання в телевізійних охоронних системах і не вимагає втручання в їх роботу. Чутливим елементом індикатора є фотодіод VD3. Фотодіод направляють на ділянку телевізійного екрану, найбільш критичний до умов охорони.

Рис. 19.2

При незмінній освітленості на телевізійному екрані робоча точка компаратора DA1 (К554САЗ) встановлюється автоматично: напруга з дільника R1, VD3 через діоди VD1 і VD2 подається на входи компаратора DA1. В силу рівності цих напруг чутливість компаратора близька до граничної, і навіть невелика різниця напруг при зміні опору фотодатчика (VD3) викличе спрацьовування виконавчого пристрою (світлодіод HL1, реле К1, що управляє системою тривожної сигналізації).

Якщо в полі контрольованої ділянки зображення з’являється який-небудь об’єкт, змінюється освітленість екрана, і, відповідно, струм через фотодіод. Це призведе до зміни напруги на неінвертуючий вході (вивід 3) компаратора DA1. На інвертується ж вході мікросхеми (висновок 4) зміна напруги в часі відбувається із затримкою, обумовленої RC-ланцюжком (R3C1). Схема може бути налаштована для роботи на пониження або підвищення освітленості екрану підключенням конденсатора С1 до того чи іншого входу компаратора.

Градієнтне фотореле можна використовувати і в оптичних охоронних системах, а також для підрахунку виробів на конвеєрі. При перетині об’єктом світлового променя пристрій спрацює.

Градієнтне термореле (рис. 19.3) можна застосовувати для пожежної, охоронної сигналізації, що реагує на зміну температури при переміщенні нагрітого повітря, людини або тварини.

Рис. 19.3

Початкове опір термодатчика, наприклад, терморезистора типу ММТ-6, повинно бути порівнянно з опором R1 (верхнім плечем дільника напруги). Підключення навантаження до компаратора DA1 (рис. 19.3) здійснюється в емітер-ную ланцюг вихідного транзистора мікросхеми, який управляє тиристором VS1 (КУ104Г). При спрацьовуванні пристрою тиристор відмикається, що самоблокується і включає навантаження, наприклад, реле К1. Натисканням на кнопку SB1 «Скидання» можна розблокувати тиристор і знеструмити навантаження.

Пристрій реагує на переміщення тіла людини поблизу датчика або на подих на відстані до 50 см.

Градієнтний індикатор електричного поля (рис. 19.4). При відсутності постійного електричного поля опір датчика (польового транзистора) мінімально; напруга на входах компаратора близько до напруги харчування. При появі джерела постійного електричного поля опір стік – витік польового транзистора зростає, напруга на середній точці вхідного дільника зменшується, і градієнтне реле спрацьовує.

Індикатор має високу чутливість: без антени (антена – висновок затвора польового транзистора) реагує на переміщення наелектризованого предмета на відстані до 1,5 м.

Рис. 19.4

Рис. 19.5

Сенсорно-ємнісне реле градієнтного типу (рис. 19.5). Реле включається при торканні сенсорного контакту (сенсорне реле) або спрацьовує при наближенні до антени пристрою (ємнісне реле). Принцип дії пристроїв полягає в наведенні змінного електричного струму частотою 50 Гц через тіло людини на вхід схеми.

У ємнісному реле вхідні ланцюг являє собою одну з обкладок розгорнутого в просторі конденсатора,

що обумовлює чутливість до появи в полі цього конденсатора струмопровідних об’єктів (людини, тварин). Сенсорну майданчик або антену можна підключити до входу схеми через резистор (1 … 10 МОм) або конденсатор (1 … 50 пФ).

Сейсмореле і реле ударного спрацьовування (рис. 19.6 ланцюг з і ланцюг Ь). Для реалізації сейсмореле, що реагує на мікровібрації, до входу пристрою (рис. 19.6 ланцюг з) через розділовий конденсатор підключають сейсмодатчиків, наприклад, СВ-10Ц, або просто електродинамічний капсуль телефону. Датчиком реле ударного спрацьовування може служити пьезоке-керамічної випромінювач типу 3/7-3, ЗП-19 (Рис. 19.6 ланцюг Ь). Пристрій реагує на легке постукування по столу, на якому розташовані датчики. В якості датчика можна використовувати і п’єзоелектричний звукознімач електропроигривающих пристрої. Для підвищення чутливості пристрою кремнієві діоди слід замінити на германієві.

Акустичне градієнтне реле. До входу пристрою (рис. 19.6 ланцюг з, рис. 19.7) підключають ланцюжок з конденсатора ємністю 0,1 мкФ і динамічного мікрофона, роль якого може виконувати телефонний капсуль. Пристрій чутливо до БЧ-складової звукових сигналів.

рис. 19.6

Магніточутливих реле градієнтного типу може бути виконане за схемою на рис. 19.3. В якості датчика використовують Магніторезістори СМ-1. Датчиком змінного магнітного поля може служити і телефонний капсуль без мембрани або багатовитковому котушка з залізним сердечником. Датчик підключають до входу пристрою (замість терморезистора) через конденсатор ємністю понад 10 мкФ. Реле спрацює, якщо датчик піднести до джерела змінного магнітного поля (котушці електромагніту).

Рис. 19.7

Детектор ВЧ-сигналів – може бути виконаний за схемою (рис. 19.6 ланцюг а) з використанням діодів Д9Ж і підбором резистивних елементів R1 – R3 для установки робочої точки на ВАХ діодів. Вибір робочої точки на найбільш крутій ділянці цієї характеристики забезпечить підвищену чутливість детектора до 6ч-сигналам: мале зміна напруги на діоді викличе помітне зміна струму через нього. Чим більше початковий струм через діоди, тим вище чутливість пристрою. У той же час помітно зросте споживаний пристроєм струм.

ВЧ-сигнал подають на діоди через конденсатор ємністю 10 … 100 пФ. Світлодіод HL1 в ланцюзі навантаження починає світитися при рівні вхідного сигналу 60 … 100 мВ (частота понад 200 кГц). В / -/Ч-діапазоне (Кілька кГц) перехідну ємність слід збільшити.

При використанні відповідних датчиків на основі градієнтних реле можуть бути зібрані реле вологості, зміни атмосферного тиску та ін пристрої.

Перетворити, наприклад, зміна атмосферного тиску в зміну електричного опору можна з використанням запаяного сильфона. Це металева тонкостінна гофрована камера, сполучена з движком потенціометра. Зміна атмосферного тиску викличе зміна обсягу сильфона і зміна його розмірів з наступним переміщенням движка потенціометра. У більш простих по механіці конструкціях на сильфон може бути наклеєний тензорезистор або закріплений висновок спеціального напівпровідникового приладу (ге-дістора), опір якого змінюється при деформації.

Компаратори часто використовують для перетворення «аналогового» сигналу в «цифровий»: сигнал будь-якої форми на вході перетвориться на виході в сигнал прямокутної форми.

Перетворювачі амплітуди вхідного сигналу в ширину вихідного імпульсу (рис. 19.8, 19.9) використовують у вимірювальній техніці, імпульсних блоках харчування, цифрових підсилювачах [Рл 5/00-29].

Рис. 19.8

Рис. 19.9

При подачі на пристрій вхідного сигналу синусоїдальної чи іншої форми зі збільшенням амплітуди, починаючи з деякого порогового значення, на виході пристрою сформуються прямокутні імпульси, ширина яких буде залежати від амплітуди вхідного сигналу. Схеми не вимагають настройки, установки порогів. Смуга робочих частот визначається ємністю конденсаторів С1 і С2. Пристрої на рис. 19.8 і 19.9 відрізняються способом підключення входів компаратора і, відповідно, «полярністю» вихідних сигналів.

Для германієвих діодів порогове напруга початку роботи перетворювачів в смузі частот 5 … 200 кГц складає 80 … 90 мВ, для кремнієвих – 250 … 270 мВ. Максимальна амплітуда вхідного сигналу – в межах 2 … 2,5 В.

   
Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1), 2003 рік