PinLab Docs

Для сравнения напряжений существуют специальные микросхемы — компараторы (от английского слова compare — сравнивать), но у них есть некоторые ограничения, которые усложнят сборку датчика света, который нам нужен. По этому мы будем использовать микросхему — операционный усилитель в режиме компаратора. В нашем наборе есть такая — самая маленькая из всех MCP6002, у нее всего восемь выводов, но целых два операционных усилителя внутри. Операционные усилители в MCP6002 по умолчанию (без присоединения дополнительных компонентов) работают в режиме компараторов. Для упрощения мы дальше так и будем их называть — компараторами.

Выводы 4 и 8 используются для подключения питания «-» и «+» соответственно. У первого компаратора входы подключены к выводам 2 и 3, а выход к 1. Второй компаратор подключен к выводам 5, 6, 7. Входы ОУ подписаны знаками «-» — инвертирующий и «+» — неинвертирующий. Названия конечно сложные, но смысл их простой. Когда напряжение на входе «+» превышает напряжение на входе «-», выход компаратора переходит в состояние «высокого» уровня напряжения или логической «1». И наоборот напряжение на входе «+» выше напряжение на входе «-», то на выходе состояние «низкого» уровня или логического «0». Логический уровень «1» означает, что напряжение примерно равно напряжению «+» питания, а «0» — близко к «-» питания или по-другому к «земле».

В дальнейшем на схемах мы не будем рисовать батарейку, а будем использовать отдельные значки для «+» и земли. Давай соберем нашу первую схему с использованием ОУ.

Поверни ручку подстроечного резистора сначала до упора против часовой стрелки светодиод при этом должен загореться, после чего потихоньку поворачивай в обратную сторону, пока светодиод не погаснет. Теперь если ты закроешь фоторезистор светодиод загорится. Можешь попробовать настроить датчик при другом освещении. Отлично, у нас получился умный датчик света с широким диапазоном регулировки. Как он работает? В схеме есть два делителя напряжения. Первый это подстроечный резистор R3, средняя точка которого подключена к неинвертирующему «+» входу компаратора. С его помощью мы можем настраивать порог срабатывания нашего датчика. Второй делитель образуют фоторезистор R1 и резистор R2, его средняя точка подключена к инвертирующему «-» входу. После настойки напряжение на входе «+» меньше чем на входе «-», соответственно на выходе компаратора логический уровень «0». Индикатором состояния выхода компаратора является светодиод VD1: горит — логический уровень «1», не горит — «0». Когда ты закрываешь фоторезистор его сопротивление увеличивается, напряжение на средней точке второго становиться меньше чем на «+» и выход компаратора переключается в состояние логической «1».

У последней схемы есть недостаток, который можно попробовать поймать очень плавно затеняя фоторезистор. В какой-то момент светодиод будет гореть в полсилы или мерцать, а это означает что мы в какой-то момент не будем получать четкого сигнала «1» или «0», что недопустимо в цифровой электронике. Это можно исправить добавлением всего одного резистора, давай попробуем.

Новая схема работает также как и предыдущая, но теперь как бы плавно ты не затенял фоторезистор, у тебя не получиться заставить его мерцать. Добились мы этого добавлением положительной обратной связи соединив резистором R5 выход компаратора с его «+» входом. В предыдущей схеме напряжение срабатывания на входе «+», заданное потенциометром, было одинаковое при переходе от «0» к «1» и наоборот от «1» к «0». Теперь же когда на выходе компаратора логическая «1», обратная связь немного увеличит напряжение заданное потенциометром на входе «+», и наоборот когда на выходе «0», то напряжение на входе «+» немного уменьшиться. Получившаяся разница между немного уменьшенным и немного увеличенным напряжением называется гистерезисом. Гистерезис это свойство системы дополнительно сопротивляться изменению состояния.

Чтобы наглядно убедиться как работает гистерезис в нашей схеме замени резистор R5 со 100 кОм на 10 кОм и попробуй плавно затенять/освещать фоторезистор.