آموزش ساخت مدار آشکارساز مبدل مغناطیسی (پیک آپ) با آی سی LM111

آشکارسازهای مبدل مغناطیسی، که اغلب به عنوان پیک آپ‌های مغناطیسی شناخته می‌شوند، به طور گسترده در سنسورهای سرعت، موقعیت و دوران استفاده می‌گردند. این سنسورها سیگنال‌های آنالوگ سینوسی و طبیعی تولید می‌کنند که برای استفاده در مدارهای دیجیتال (مانند میکروکنترلرها) نیاز به تبدیل به پالس‌های مربعی دارند. این مدار، با استفاده از آی سی مقایسه‌کننده ولتاژ LM111، این وظیفه را به نحو احسن انجام می‌دهد.

نقش پیک آپ مغناطیسی در آشکارساز و تولید سیگنال طبیعی

• تولید سیگنال: یک پیک آپ مغناطیسی (Pick-up)، شامل یک آهنربا و یک سیم‌پیچ است. هرگاه یک جسم فرومغناطیس (مانند دندانه یک چرخ دنده) از جلوی آن عبور کند، یک تغییر در میدان مغناطیسی ایجاد شده و یک سیگنالAC (متناوب) در سیم‌پیچ تولید می‌شود.
• سیگنال طبیعی: سیگنال تولیدی این پیک آپ‌ها سینوسی و آنالوگ است.

 چرا به آی سی مقایسه‌کننده LM111 نیاز داریم؟

سیگنال‌های آنالوگ پیک آپ‌های مغناطیسی برای استفاده در مدارهای دیجیتال (مانند سیستم‌های TTL) مناسب نیستند. آی سی LM111 یک مقایسه‌کننده دقیق است که وظیفه دارد سیگنال ورودی را با یک ولتاژ مرجع (آستانه) مقایسه کرده و خروجی دیجیتال (صفر یا یک منطقی) تولید کند.

 تحلیل عملکرد آی سی LM111 و تولید خروجی TTL

آی سی LM111 در هسته این مدار قرار دارد. این مدار به گونه‌ای طراحی شده است که سیگنال پیک آپ مغناطیسی را به یک پالس خروجی TTL تبدیل می‌کند:

1. ورودی‌های مقایسه‌گر: سیگنال AC از پیک آپ به هر دو ورودی منفی (پین ۳) و مثبت (پین ۲) آی سی اعمال می‌شود تا مقایسه لحظه‌ای با یک ولتاژ مرجع ثابت صورت گیرد.
2. ولتاژ مرجع: مقاومت‌های R1 ۴.۵ کیلو اهم  و R2  یک کیلو اهم یک مدار تقسیم ولتاژ ایجاد کرده و ولتاژ مرجع پایینی را برای مقایسه فراهم می‌کنند.
3. خروجی TTL: خروجی (پین ۷) آی سی LM111 یک سیگنال دیجیتال تولید می‌کند که کاملاً با سطح ولتاژ منطق TTL (صفر تا ۵ ولت) سازگار است. این خروجی برای اتصال مستقیم به ریزپردازنده‌ها یا مدارهای دیجیتالی دیگر آماده است.

 بررسی مقاومت‌های بایاس R1 , R2 و R3 در مدار

• R1 و R2: شبکه بایاس ورودی‌ها را فراهم کرده و حساسیت مقایسه‌گر را تنظیم می‌کنند.
•    {R3} ۲ K  : این مقاومت به عنوان مقاومت بالاکش (Pull-up Resistor) در خروجی آی سی LM111 استفاده شده است و تضمین می‌کند که خروجی در حالت غیرفعال در سطح ولتاژ +5V قرار گیرد.

 کاربردهای عملی مدار آشکارساز مغناطیسی

این مدار کاربردهای گسترده‌ای در صنعت و پروژه‌های الکترونیکی دارد:

• سنسور سرعت: اندازه‌گیری سرعت دوران چرخ دنده‌ها یا شفت‌ها در موتورها و ماشین‌آلات.
• تشخیص موقعیت: تعیین دقیق موقعیت یک قطعه متحرک.
• سیستم‌های جرقه‌زنی خودرو: استفاده در سنسور میل لنگ و میل سوپاپ برای تولید پالس‌های دقیق جهت زمان‌بندی جرقه‌زنی.