แนะนำ

ตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าคือวงจรไบสเตเบิล (  ฟลิปฟล็อป ) ที่เปรียบเทียบสัญญาณแอนะล็อกสองสัญญาณที่อินพุต และขึ้นอยู่กับผลการเปรียบเทียบ มันจะส่งออกเป็น ระดับ HIGH หรือ LOW เราอาจมองว่ามันเป็น "มัลติมิเตอร์" ขนาดเล็กที่มีสวิตช์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ที่ขาอินพุตแรกมีค่าสูงกว่า สวิตช์จะเปิดอยู่ อย่างไรก็ตาม เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขาอินพุตที่สองมีค่าสูงกว่า สวิตช์จะปิดอยู่ แม้ว่าจะมีตัวเปรียบเทียบหลายแบบ แต่เราจะศึกษาในตัวอย่างของ LM393 ซึ่งน่าจะเป็นตัวที่ใช้กันมากที่สุด

LM393 - ลักษณะพื้นฐาน

ตัวเปรียบเทียบนี้เป็นหนึ่งใน โมดูล เบรกเอาต์  จำนวนมาก ที่เราใช้กับ Arduino จึงเป็นตัวอย่างที่ดีในการแสดงให้เห็นถึงวัตถุประสงค์ของมัน LM393 คือ "ตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าแบบดิฟเฟอเรนเชียลแหล่งเดียว กำลังไฟฟ้าต่ำ ออฟเซ็ตต่ำ"

• พลังงานต่ำ – ตัวเปรียบเทียบใช้พลังงานต่ำในการทำงาน
• แรงดันออฟเซ็ตต่ำ – สามารถเปรียบเทียบแรงดันที่ใกล้เคียงกันมากได้
• แหล่งจ่ายไฟเดี่ยว – ใช้แหล่งจ่ายไฟแบบเดียวกับจุดที่เราเปรียบเทียบ
• Dual – รุ่นนี้มีตัวเปรียบเทียบสองตัวบนชิป
• ความแตกต่าง – หมายถึงการเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสองค่าที่ขึ้นต่อกัน ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าคงที่

สิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้คือไม่มีตัวเปรียบเทียบใดที่สมบูรณ์แบบ เหมือนกับที่เราได้อธิบายไว้ข้างต้น ในความเป็นจริงแล้ว ยังคงมีสัญญาณรบกวน ความล่าช้าในการตอบสนอง แรงดันไฟฟ้าดริฟท์ ฯลฯ อยู่ ซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้และคุณสมบัติอื่นๆ ทั้งหมดสามารถดูได้ในเอกสารข้อมูล

 LM393 - พินเอาต์พุต

LM393 เป็นวงจรรวม 8 พิน ดังแสดงในรูป พินสองพินเป็นอินพุตสำหรับแรงดันไฟฟ้า Vcc และ GND Vcc คือขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ (ตามเอกสารข้อมูล) สูงสุด +36V ในขณะที่ GND คือขั้วลบ พินทั้งสองนี้ช่วยให้ตัวเปรียบเทียบสามารถทำงานได้ หลังจากเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับชิปแล้ว จำเป็นต้องทำการเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าสองครั้ง ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว LM393 มีออปแอมป์ (op-amp) สองตัวที่แยกกันเป็นอิสระ

ln1(-) และ ln1(+) คืออินพุตของเครื่องขยายเสียงปฏิบัติการตัวแรก (Output1) ในขณะที่ ln2(-) และ ln2(+) คืออินพุตของเครื่องขยายเสียงปฏิบัติการตัวที่สอง (Output2) ln1(+) และ ln2(+) ไม่กลับเฟส ในขณะที่ ln1(-) และ ln2(-) เป็นอินพุตกลับเฟส

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตแบบไม่กลับเฟสมีค่าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตแบบกลับเฟส ขาเอาต์พุตจะไปถึงค่าบวกสูงสุด คือ HIGH (Vcc) ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าที่ไม่กลับเฟสลดลงต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบกลับเฟส ขาเอาต์พุตจะไปถึงค่าลบสูงสุด คือ LOW (GND) แน่นอนว่าขาเอาต์พุตจะถูกจำกัดด้วยค่ากำลังไฟฟ้าที่เรากำหนดให้กับขา Vcc/GND

ตัวอย่างกรณีการใช้งานเครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า

ตอนนี้เรารู้วิธีการทำงานของตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าแล้ว เราก็สามารถสร้างวงจรของเราเองได้ เราจะทำโดยใช้ตัวอย่างของไฟกลางคืน เราจะใช้โฟโตเรซิสเตอร์วัดปริมาณแสง และ LM393 จะเป็นสวิตช์ที่เปิดหรือปิดไดโอด LED ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วก็คือเซ็นเซอร์วัดแสงแบบออปติคัล

โฟโตเรซิสเตอร์: ก่อนที่เราจะดำเนินการต่อ เรามาอธิบายวิธีการทำงานของโฟโตเรซิสเตอร์โดยสังเขป ความต้านทานของโฟโตเรซิสเตอร์ขึ้นอยู่กับปริมาณแสงที่ตกกระทบ เมื่ออยู่ในที่มืด ความต้านทานจะสูง ในทางกลับกัน เมื่ออยู่ในที่สว่าง ความต้านทานจะต่ำ ในสภาวะที่เหมาะสม ความต้านทานในที่มืดจะอยู่ที่ประมาณ 200kΩ และเมื่อมีแสงสว่างจ้า ความต้านทานจะอยู่ที่ประมาณ 1-2kΩ

ในโครงงานนี้ เราจะใช้เฉพาะอินพุต ln1(-) และ ln1(+) และเอาต์พุต Output1 ขั้นแรก เราจะต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับพิน Vcc และ GND ของตัวเปรียบเทียบ เราสามารถใช้แบตเตอรี่ 9V เป็นแหล่งจ่ายไฟได้

ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างตัวแบ่งแรงดันด้วยตัวต้านทานแบบคงที่และโฟโตเรซิสเตอร์ ตัวต้านทานแบบคงที่ควรมีขนาด 10kΩ ซึ่งจะให้เอาต์พุต 0.429V เมื่อโฟโตเรซิสเตอร์อยู่ในที่มืด (ให้ความต้านทาน 200kΩ) และ 7.5V เมื่อโฟโตเรซิสเตอร์ได้รับแสง (ให้ความต้านทาน 2kΩ) ในกรณีนี้ ไม่สำคัญว่าเราจะเชื่อมต่อแรงดันเอาต์พุตนี้กับ ln(-) หรือ ln(+) แต่เราจะอธิบายเพิ่มเติมในภายหลัง ดังนั้น ให้เชื่อมต่อเข้ากับอินพุตอินเวอร์ติ้ง In1(-) ซึ่งเป็นสายสีเหลือง

ต่อไป เราจะต่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเพื่อการเปรียบเทียบและโพเทนชิออมิเตอร์ 10kΩ เพื่อปรับความไวของวงจร เราต่อโพเทนชิออมิเตอร์โดยต่อแรงดันอ้างอิงเข้ากับพินขอบ พินซ้ายเชื่อมต่อกับ GND และพินขวาคือ +9V พินกลางคือแรงดันเอาต์พุต และเราต่อเข้ากับอินพุตแบบไม่กลับเฟสของตัวเปรียบเทียบ In1(+) แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตออกมาจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโพเทนชิออมิเตอร์ หากเราหมุนไปทางซ้ายสุด คือ เข้าหา GND แรงดันเอาต์พุตจะเอียงเป็น 0V เมื่อหมุนตามเข็มนาฬิกา แรงดันเอาต์พุตจะแปรผันตาม +9V เริ่มต้นด้วยการตั้งค่าไว้ที่ตำแหน่งกึ่งกลาง

สิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไปคือ:

• ในที่มืด: แรงดันไฟฟ้าบนพินกลับหัว In1(-) ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าบนพินที่ไม่กลับหัว In1(+) ดังนั้นเราจึงมี GND บนเอาต์พุต
• ในแสง: แรงดันไฟฟ้าบนพินกลับหัว In1(-) สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าบนพินไม่กลับหัว In1(+) ดังนั้นเราจึงมี Vcc (+9V) ที่เอาต์พุต

เนื่องจากเราต้องการให้ไดโอด LED สว่างขึ้นในที่มืด พินเอาต์พุตจึงต้องเชื่อมต่อกับแคโทด (-) ของไดโอด LED ในขณะที่เราจะเชื่อมต่อขั้วบวก (+) ข้าม 330Ω ไปที่ +9V

ในกรณีที่เราเปลี่ยนอินพุตแบบอินเวิร์ทติ้งและแบบไม่อินเวิร์ทติ้งบนตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า เราจะได้ +9V ที่เอาต์พุตในที่มืด จากนั้นเราเพียงแค่ต้องต่อเอาต์พุตนั้นเข้ากับขั้วบวกของโมดูล LED พร้อมกับต่อขั้วลบเข้ากับ GND แน่นอนว่าต้องต่อผ่านตัวต้านทานบางตัว