Pracovanie a aplikácie porovnávacích obvodov

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Spravidla v elektronike komparátor slúži na porovnanie dvoch napätí alebo prúdy, ktoré sú dané na dvoch vstupoch komparátora. To znamená, že vyžaduje dve vstupné napätia, potom ich porovnáva a poskytuje rozdielové výstupné napätie buď na vysokej alebo nízkej úrovni signálu. Komparátor sa používa na snímanie, keď ľubovoľný premenlivý vstupný signál dosiahne referenčnú úroveň alebo definovanú prahovú úroveň. Komparátor je možné navrhnúť pomocou rôzne komponenty, ako sú diódy, tranzistory, operačné zosilňovače . Komparátory nachádzajú v mnohých elektronických aplikáciách, ktoré možno použiť na riadenie logických obvodov.

Symbol komparátora

Symbol komparátora



Op-Amp ako komparátor

Keď sa pozorne pozrieme na porovnávací symbol, spoznáme ho ako Operačný zosilňovač (operačný zosilňovač) symbol, takže to, čím sa tento komparátor líši od operačného zosilňovača, je zosilňovač Op-Amp určený na prijímanie analógových signálov a na výstup analógového signálu, zatiaľ čo komparátor poskytuje výstup iba ako digitálny signál, aj keď je možné použiť bežný operačný zosilňovač. Komparátory (Operačné zosilňovače ako LM324, LM358 a LM741 nemožno použiť priamo v obvodoch komparátora napätia.


Operačné zosilňovače sa často môžu používať ako komparátory napätia, ak sa na výstup zosilňovača pridá dióda alebo tranzistor), ale skutočný komparátor je navrhnutý tak, aby mal rýchlejší spínací čas v porovnaní s viacúčelovými operačnými zosilňovačmi. Dalo by sa teda povedať, že komparátor je upravenou verziou operačných zosilňovačov, ktorá bola špeciálne navrhnutá na zabezpečenie digitálneho výstupu.



Porovnanie výstupných obvodov operačného zosilňovača a komparátora

Porovnanie výstupného obvodu operačného zosilňovača a komparátora

Základný pracovný obvod komparátora

Komparačný obvod funguje tak, že sa jednoducho vezmú dva analógové vstupné signály, ktoré sa porovnajú a potom sa vytvorí logický výstup, ktorý je vysoký „1“ alebo nízky „0“.

Neinvertujúci komparátorový obvod

Neinvertujúci komparátorový obvod

Použitím analógového signálu na komparátor + vstup nazývaný „neinvertujúci“ a - vstup nazývaný „invertujúci“ porovná obvod komparátora tieto dva analógové signály, ak je analógový vstup na neinvertujúcom vstupe väčší ako analógový vstup na invertovaním potom výstup klesne na logicky najvyššiu hodnotu a toto spôsobí tranzistor s otvoreným kolektorom Q8 na ekvivalentnom obvode LM339 vyššie, aby sa zapol. Ak je analógový vstup na neinvertujúcom vstupe menší ako analógový vstup na invertujúcom vstupe, výstup komparátora sa posunie na logicky najnižšiu hodnotu.

Týmto sa tranzistor Q8 vypne. Ako sme videli z obrázku ekvivalentného obvodu LM339 vyššie, LM339 na svojom výstupe používa tranzistor Q8 s otvoreným kolektorom, preto musíme použiť „Pull-up“ rezistor ktorý je pripojený k vedeniu kolektora Q8 s Vcc, aby tento tranzistor Q8 fungoval. Podľa údajového listu LM339 je maximálny prúd, ktorý by mohol prúdiť na tento tranzistor Q8 (výstupný prúd), asi 18 mA. V- sa dá vypočítať nasledovne.


V- = R2. Vcc / (R1 + R2)

Neinvertujúci vstup komparátora je pripojený k potenciometru 10 K, ktorý tiež vytvára obvod rozdeľovača napätia, kde môžeme nastaviť začiatok napätia V + z Vcc na 0 voltov. Po prvé, keď sa V + rovná Vcc, výstup komparátora sa zvýši na logicky najvyššiu hodnotu (Vout = Vcc), pretože V + je väčší ako V-.

Týmto sa tranzistor Q8 vypne a vypne LED sa vypne. Keď napätie V + poklesne pod V- voltov, výstup komparátora klesne na logicky nízku hodnotu (Vout = GND), čím sa zopne tranzistor Q8 a rozsvieti sa LED.

Zamenením analógového vstupu je rozdeľovač napätia R1 a R2 pripojený k neinvertujúcemu vstupu (V +) a potenciometer pripojený k invertujúcemu vstupu (V-), dostaneme opačný výsledok výstupu.

Obrátený komparátorový obvod

Obrátený komparátorový obvod

Opäť pomocou princípu rozdeľovača napätia je napätie na neinvertujúcom vstupe (V +) asi V- voltov, preto ak začneme invertujúce vstupné napätie (V-) na Vcc voltoch, V + je nižšie ako V-, toto spôsobí ZAPNUTIE tranzistora Q8, výstup komparátora klesne na logicky najnižšiu hodnotu. Keď nastavíme V- dole pod V +. Potom bude tranzistor Q8 VYPNUTÝ, výstup komparátora sa posunie na logicky najvyššiu hodnotu, pretože V + je teraz väčší ako V- a LED zhasne.

Aplikácia komparátora v praktických obvodoch elektroniky

Systém monitorovania vlhkosti pôdy založený na bezdrôtových senzorových sieťach využívajúcich Arduino

The systém monitorovania vlhkosti pôdy založený na bezdrôtových senzorových sieťach využívajúcich projekt Arduino je navrhnutý pre vývoj automatického zavlažovacieho systému, ktorý dokáže riadiť spínaciu (zapínaciu / vypínaciu) motorovú pumpu v závislosti od obsahu vlhkosti v pôde.

Systém monitorovania vlhkosti

Systém monitorovania vlhkosti

Senzor vlhkosti sníma vlhkosť pôdy a doske Arduino dostane vhodný signál. Komparátor porovnáva signály úrovne vlhkosti s preddefinovaným referenčným signálom. Potom vyšle signál do mikrokontroléra. Na základe signálu prijatého zo snímacieho usporiadania a signálu komparátora bude vodné čerpadlo v prevádzke. LCD displej slúži na zobrazenie stavu obsahu pôdnej vlhkosti a vodného čerpadla.

Obvod snímača srdcového tepu

Systémová implementácia čipu Heartrate Monitor

Systémová implementácia čipu Heartrate Monitor

Snímač srdcového rytmu HRM-2511E má 4 operačné zosilňovače. Štvrtý operačný zosilňovač sa používa ako komparátor napätia. Analógový signál PPG sa privádza na kladný vstup a záporný vstup sa viaže na referenčné napätie (VR). Veľkosť VR je možné nastaviť kdekoľvek medzi 0 a Vcc potenciometrom P2 (zobrazený vyššie). Zakaždým, keď pulzná vlna PPG prekročí prahové napätie VR, výstup komparátora stúpne. Toto usporiadanie teda poskytuje výstupný digitálny impulz, ktorý je synchronizovaný s tlkotom srdca. Šírka impulzu je tiež určená prahovým napätím VR.

Obvod dymovej signalizácie

Obvod dymovej signalizácie

Obvod dymovej signalizácie

The fotodiódy emitujú svetlo, ktoré je detegované fototranzistormi Q1 a Q2. Horná oblasť je utesnená a tak sa prevádzkový bod tranzistora Q1 nemení. Tento pracovný bod sa používa ako referencia pre komparátor. Keď dym vstupuje do dolnej oblasti, prevádzkový bod fototranzistora Q2 sa mení, čo vedie k zmene napätia Vin od hodnoty základne (bez dymu) Vin (no_smoke). Ako intenzita svetla v spodnej časti fotografie -tranzistor sa zníži v dôsledku vstupu dymu do oblasti, zníži sa prúd základne a napätie Vin sa zvýši od hodnoty základne (bez dymu) Vin (no_smoke). Keď napätie Vin prekročí Vref, výstup komparátora sa prepne z VL na VH a spustí alarm.

Dúfam, že ste si prečítaním tohto článku získali základné vedomosti a prácu na komparátore. Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa tohto článku alebo posledný rok projekty v oblasti elektroniky a elektrickej energie , neváhajte a komentujte v nasledujúcej časti. Tu je otázka na vás, Poznáte nejaké aplikácie vstavaných systémov, v ktorých sa operačný zosilňovač používa ako komparátorový obvod?