GIỚI THIỆU

Bộ so sánh điện áp là một mạch lưỡng ổn ( flip-flop ) so sánh hai tín hiệu tương tự ở đầu vào và tùy thuộc vào kết quả so sánh, nó sẽ cho ra mức CAO hoặc THẤP . Chúng ta có thể hình dung nó như một "vạn năng kế" nhỏ có công tắc. Khi điện áp đo được ở chân đầu vào thứ nhất cao hơn, công tắc sẽ được bật. Tuy nhiên, khi điện áp ở chân đầu vào thứ hai cao hơn, công tắc sẽ bị tắt. Mặc dù có nhiều mẫu bộ so sánh khác nhau, chúng ta sẽ nghiên cứu nó trong ví dụ về LM393 , có lẽ là loại được sử dụng nhiều nhất.

LM393 - ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN

Bộ so sánh điện áp LM393 trên bo mạch đột phá MQ

Bộ so sánh này nằm trong số rất nhiều mô-đun đột phá  mà chúng ta sử dụng với Arduino, do đó, đây là một ví dụ tuyệt vời để thể hiện mục đích của nó. LM393 là "Bộ so sánh vi sai, nguồn điện đơn, công suất thấp, điện áp bù thấp".

• Công suất thấp – bộ so sánh sử dụng mức tiêu thụ điện năng thấp để hoạt động
• Điện áp bù thấp – có thể so sánh các điện áp rất giống nhau
• Nguồn cung cấp đơn – sử dụng cùng nguồn điện với các điểm chúng ta so sánh
• Kép – mô hình này có hai bộ so sánh trên chip
• Chênh lệch – có nghĩa là nó so sánh hai điện áp đầu vào phụ thuộc vào nhau, không phải một số điện áp không đổi

Bạn nên nhớ rằng không có bộ so sánh nào là lý tưởng, tương tự như bộ so sánh mà chúng tôi đã mô tả ở trên. Trên thực tế, vẫn còn nhiễu, thời gian đáp ứng trễ, độ lệch điện áp, v.v. Những đặc điểm này và tất cả các đặc điểm khác luôn có thể được tìm thấy trong bảng dữ liệu.

 LM393 - CHÂN ĐẦU RA

LM393 là một mạch tích hợp 8 chân, như trong hình. Hai chân là đầu vào cho điện áp Vcc và GND . Vcc là cực dương của nguồn điện, theo bảng dữ liệu lên đến +36V, trong khi GND  là cực âm. Hai chân này cho phép bộ so sánh hoạt động. Sau khi kết nối nguồn điện với chip, cần thực hiện hai phép so sánh điện áp. Như đã đề cập, LM393 có hai bộ khuếch đại thuật toán (op-amp) độc lập với nhau.

ln1(-) và ln1(+) là đầu vào cho bộ khuếch đại hoạt động đầu tiên ( Đầu ra1 ), trong khi ln2(- ) và ln2(+)  là đầu vào cho bộ khuếch đại hoạt động thứ hai ( Đầu ra2 ). ln1(+) và  ln2(+)  không bị đảo ngược, trong khi  ln1(-) và ln2(-) là đầu vào bị đảo ngược.

Khi điện áp ở đầu vào không đảo ngược cao hơn điện áp ở đầu vào đảo ngược, chân ra sẽ lên giá trị dương cực đại - CAO (Vcc). Trong trường hợp điện áp không đảo ngược giảm xuống dưới điện áp đầu vào đảo ngược, đầu ra sẽ xuống giá trị âm cực đại - THẤP (GND). Tất nhiên, đầu ra bị giới hạn bởi các giá trị công suất mà chúng ta đã đưa vào chân Vcc/GND.

VÍ DỤ TRƯỜNG HỢP SỬ DỤNG BỘ SO SÁNH ĐIỆN ÁP

Bây giờ chúng ta đã biết cách hoạt động của bộ so sánh điện áp, chúng ta có thể tự tạo mạch điện. Chúng ta sẽ thực hiện trên ví dụ về đèn ngủ. Sử dụng điện trở quang, chúng ta sẽ đo lượng ánh sáng, và LM393 sẽ là công tắc bật hoặc tắt diode LED. Thực chất đây là một cảm biến ánh sáng quang học.

Điện trở quang: Trước khi tiếp tục, chúng tôi sẽ giải thích ngắn gọn về nguyên lý hoạt động của điện trở quang. Điện trở của nó phụ thuộc vào lượng ánh sáng chiếu vào. Khi ở trong bóng tối, điện trở sẽ cao. Ngược lại, khi tiếp xúc với ánh sáng, điện trở sẽ thấp. Trong một số điều kiện lý tưởng, điện trở trong bóng tối sẽ vào khoảng 200kΩ, và khi có ánh sáng mạnh, điện trở sẽ vào khoảng 1-2kΩ.

Trong dự án này, chúng ta sẽ chỉ sử dụng đầu vào ln1(-) và ln1(+) và đầu ra Output1. Trước tiên, chúng ta kết nối nguồn điện với chân Vcc và GND của bộ so sánh. Chúng ta có thể sử dụng pin 9V làm nguồn .

Bước tiếp theo là tạo bộ chia điện áp với một điện trở cố định và một điện trở quang. Điện trở cố định nên là 10kΩ , sẽ cung cấp đầu ra 0,429V khi điện trở quang ở trong bóng tối (nó cung cấp điện trở 200kΩ) và 7,5V khi điện trở tiếp xúc với ánh sáng (nó cung cấp điện trở 2kΩ). Việc chúng ta kết nối điện áp đầu ra này với ln(-) hay ln(+) không quan trọng trong trường hợp này, nhưng chúng tôi sẽ nói thêm về nó sau. Vì vậy, hãy kết nối nó với đầu vào đảo ngược, In1(-), dây màu vàng.

Sau đó, chúng ta sẽ kết nối điện áp đầu vào để so sánh và biến trở 10kΩ để điều chỉnh độ nhạy của mạch. Chúng ta kết nối biến trở bằng cách kết nối điện áp tham chiếu với các chân biên. Chân trái, chúng ta kết nối GND, và chân phải là +9V. Chân giữa là điện áp đầu ra và chúng ta kết nối nó với đầu vào không đảo của bộ so sánh In1(+). Điện áp mà đầu vào cung cấp phụ thuộc vào vị trí của biến trở. Nếu chúng ta xoay nó hoàn toàn sang trái, tức là về phía GND, điện áp đầu ra sẽ có xu hướng về 0V. Khi chúng ta xoay nó theo chiều kim đồng hồ, điện áp đầu ra sẽ tỷ lệ thuận với +9V. Để bắt đầu, chúng ta có thể đặt nó ở vị trí trung tâm.

Những gì sẽ xảy ra tiếp theo là:

• trong bóng tối: điện áp trên chân đảo ngược In1(-) thấp hơn điện áp trên chân không đảo ngược In1(+), do đó chúng ta có GND trên đầu ra
• trong ánh sáng: điện áp trên chân đảo ngược In1(-) cao hơn điện áp trên chân không đảo ngược In1(+), do đó chúng ta có Vcc (+9V) ở đầu ra

Vì chúng ta muốn diode LED sáng trong bóng tối nên chân Output sẽ được kết nối với catốt (-) của diode LED, trong khi chúng ta sẽ kết nối anode (+) qua 330Ω với + 9V.

Trong trường hợp chúng ta thay thế đầu vào đảo ngược và không đảo ngược trên bộ so sánh điện áp, chúng sẽ nhận được +9V ở đầu ra trong bóng tối. Sau đó, chúng ta chỉ cần kết nối đầu ra đó với cực dương của mô-đun LED trong khi kết nối cực âm với GND. Tất nhiên, thông qua một số điện trở.