Аналитические цифровые компараторы

Texas Instruments CD4001B CD4070B CD4081B

Приведены схемы аналитических цифровых компараторов, выполненных как из дискретных элементов, так и из элементов цифровой логики. Компараторы позволяют анализировать входные логические сигналы А и В и индицировать их соотношение на уровне A = B = 0; A > B; A < B; A = B = 1.

Общеизвестные цифровые компараторы представляют собой аналог механических рычажных весов и позволяют производить сравнение логических сигналов на уровне A > B; A < B и A = B. Таким образом, цифровой компаратор выполняет функции «Равенство» и «Неравенство». Очевидно, что сравнение и индикация равенства A = B не позволяет судить о том, равны ли оба эти уровня логической единице или логическому нулю, а это существенно обедняет область практического использования цифровых компараторов.

Поясним сказанное на примере. Допустим, что цифровой компаратор используется для контроля наличия двух питающих напряжений. Если исчезнет одно из двух питающих напряжений, цифровой компаратор позволит выяснить, какое из напряжений отсутствует. Компаратор исправно будет индицировать и наличие обоих контролируемых напряжений. Однако если оба источника входных напряжений отключатся, цифровой компаратор будет показывать состояние нормы, вводя в заблуждение пользователей.

Рисунок 1. Электрическая схема аналитического цифрового компаратора, выполненного на
дискретных элементах, его условное обозначение, таблица истинности, а также
диаграмма сигналов на входах и выходах.

Аналитические цифровые компараторы, Рисунок 1 и 2, способны полноценно разрешить проблему контроля двух питающих напряжений, а также целый ряд других проблем, касающихся сравнения уровней цифровых сигналов. Одна из возможных областей применения аналитических цифровых компараторов – визуально-наглядная индикация состояния логических элементов при ремонте или отладке цифровых устройств различного назначения.

Электрические схемы вариантов аналитических цифровых компараторов, выполненных на логических элементах.
Рисунок 2. Электрические схемы вариантов аналитических цифровых компараторов,
выполненных на логических элементах.

Компаратор, Рисунок 1, выполнен из дискретных элементов. Работает он следующим образом. В отсутствие входных сигналов (входы А и В соединены с общей шиной) транзисторы VT1, VT3–VT5 закрыты, светодиоды HL1 и HL2 не светятся. Напряжение на затворе транзистора VT6 также равно нулю, поэтому светодиод HL4 также не светится. Зато на затворе транзистора VT2 присутствует напряжение высокого уровня, равного напряжению питания устройства. Следовательно, транзистор VT2 открыт, через светодиод HL3 зеленого свечения протекает ток, обеспечивающий его свечение и индикацию состояния А = В = 0.

Допустим, что на вход А подано напряжение высокого уровня, тогда транзистор VT1 будет открыт. Транзистор VT5 шунтирует затвор-исток транзистора VT4. Диод VD3 в силу того, что на входе В присутствует напряжение логического нуля (катод диода присоединён к общей шине), обеспечивает низкий уровень напряжения на затворе транзистора VT6. Светодиод HL4 не светится. Поскольку транзистор VT1 открыт, напряжение на затворе транзистора VT2 снижается до уровня падения напряжения на диоде VD1 и напряжения между стоком и истоком открытого транзистора VT1, транзистор VT2 запирается, а светодиод HL3 гаснет. Из всех светодиодов будет светиться только светодиод HL1, индицируя состояние А > B.

При А = 0 и В = 1 будет светиться светодиод HL2, индицируя состояние А < B.

Отдельно рассмотрим ситуацию, когда А = 1 и В = 1. Тогда транзисторы VT3 и VT5, находясь в открытом состоянии, не позволят транзисторам VT1 и VT4 перейти в открытое состояние. На затворах транзисторов VT2 и VT6 будет присутствовать напряжение высокого уровня, оба транзистора будут открыты, однако светиться будет лишь один из светодиодов, а именно, светодиод HL4 красного свечения. Происходит это в силу того, что вольтамперные характеристики светодиодов зеленого и красного свечения сдвинуты друг относительно друга на напряжение порядка 0.2 В. Следовательно, при параллельном соединений двух таких светодиодов и их питании через общий токоограничительный резистор R3 светиться будет тот светодиод, на котором падает меньшее напряжение, а именно, светодиод красного свечения.

На Рисунке 1 приведены таблица истинности аналитического цифрового компаратора, а также диаграмма сигналов на входах и выходах компаратора.

Разумеется, аналитические цифровые компараторы можно выполнить и на основе традиционных логических элементов. Варианты их реализации с использованием трех и двух корпусов КМОП-микросхем приведены на Рисунке 2. В отличие от предшествующей схемы в них нет визуальной индикации сравниваемых уровней, хотя, при необходимости, такую функцию несложно обеспечить.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD4001B
  2. Datasheet Texas Instruments CD4070B
  3. Datasheet Texas Instruments CD4081B
  4. Datasheet Microchip 2N7000

Изготовление плат и монтаж компонентов для вашего проекта от $2. Получи купон на скидку: JLCNY

Купить CD4001B на РадиоЛоцман.Цены — от 1 449 до 111 022
8 предложений от 8 поставщиков
Логические элементы CMOS Quad 2-Input NOR Gate
Элитан
Россия
CD4001B/883
RCA Solid State
1 449 ₽
T-electron
Россия и страны СНГ
CD4001B883
111 022 ₽
ТаймЧипс
Россия
CD4001B----CALLREP
Texas Instruments
по запросу
TradeElectronics
Россия
CD4001B/883
Texas Instruments
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя