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 напряжение на средней точке второго делителя возрастает и компаратор переключается.

Схема хорошо работает, но когда датчик срабатывает мы получаем на выходе логический «0», а если ты помнишь для включения транзистора или канала микросхемы ULN2003A на нужен высокий уровень, т.е. логическая «1». Давай попробуем это исправить в следующей схеме.

Новая схема работает также как и предыдущая, только светодиод VD1 загорается совсем слабо. Почему так и что мы изменили в схеме? В первую очередь мы подключили светодиод наоборот, теперь он должен включаться логическим уровнем «1» на выходе компаратора. Но из-за особенности микросхемы LM393 что бы получить логический уровень «1» выход компаратора нужно «потянуть» к «+» питания, что мы и сделали с помощью резистора R4 c сопротивлением 10 кОм. Резистор мы взяли с большим сопротивлением, чтобы при логическом «0» на выходе компаратора через резистор не было большой утечки тока, но из-за этого светодиод VD1 загорается слабо. Кроме того в резисторном делители мы поменяли местами фоторезистор R1 и R2 резистор, если бы мы этого не сделали светодиод горел бы когда светло, и гас в темноте.

Схема работает неплохо, но хотелось бы зажигать светодиод на полную яркость. Давай воспользуемся для этого нашим старым знакомым — транзистором, и соберем следующую схему.

СХЕМЫ3

Отлично, теперь светодиод загорается на полную яркость. Мы добавили в схему транзистор VT1 и токоограничительный резистор R5 для светодиод VD1. Базу транзистора мы подключили в выходу компаратора.

У последней схемы есть небольшой 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». Как это исправить мы разберемся уже в следующем уроке.