Ako používať operačný zosilňovač ako komparátorový obvod

V tomto príspevku sa komplexne učíme, ako používať akýkoľvek operačný zosilňovač ako komparátor v obvode na porovnávanie vstupných diferenciálov a na vytváranie zodpovedajúcich výstupov.

Čo je to op zosilňovač komparátor

Boli sme pomocou operačného zosilňovača IC pravdepodobne odkedy sme sa začali učiť elektroniku, mám na mysli tento úžasný malý IC 741, prostredníctvom ktorého je možné realizovať prakticky akýkoľvek návrh obvodu na báze komparátora.

Tu diskutujeme o jednom z jednoduchých aplikačných obvodov tohto integrovaného obvodu, kde sa práve nachádza nakonfigurovaný ako komparátor Nie je prekvapením, že nasledujúce aplikácie je možné podľa preferencií používateľa upraviť rôznymi spôsobmi.

Ako naznačuje názov, operačný zosilňovač označuje funkciu porovnávania medzi konkrétnou sadou parametrov alebo môže predstavovať iba niekoľko veličín, ako v danom prípade.

Pretože v elektronike máme do činenia predovšetkým s napätím a prúdmi, tieto faktory sa stávajú výhradnými prostriedkami a používajú sa na prevádzku alebo reguláciu alebo kontrolu rôznych zúčastnených komponentov.

V navrhovanom dizajne komparátora op amp sa v zásade používajú dve rôzne úrovne napätia na vstupných kolíkoch na ich porovnanie, ako je znázornené na nasledujúcom diagrame.

Pamätajte, že napätie na vstupných kolíkoch by NEMALO PREKROČIŤ ÚROVEŇ DC DODÁVKY OP AMP, NA VYŠŠIE uvedenom obrázku NESMIE PREKROČIŤ +12 V

Dva vstupné piny operačného zosilňovača sa nazývajú invertujúci (so znamienkom mínus) a neinvertujúci pin (so znamienkom plus) sa stávajú snímacími vstupmi operačného zosilňovača.

Ak sa použije ako komparátor, jeden z vývodov z týchto dvoch sa privedie na pevné referenčné napätie, zatiaľ čo na druhý vývod sa napája napätie, ktorého hladinu je potrebné monitorovať, ako je uvedené nižšie.

Monitorovanie vyššie uvedeného napätia sa vykonáva s ohľadom na pevné napätie, ktoré sa priviedlo na ďalší komplementárny kolík.

Preto ak napätie, ktoré má byť monitorované, presahuje alebo klesá pod pevnú referenčnú prahovú hodnotu napätia, výstup vráti stav alebo zmení pôvodný stav alebo zmení polaritu výstupného napätia.

Video ukážka

Ako funguje komparátor Opamp

Poďme analyzovať vyššie uvedené vysvetlenie študovaním nasledujúceho príkladu obvodu spínača svetelného senzora.

Pri pohľade na schému zapojenia nájdeme obvod nakonfigurovaný nasledujúcim spôsobom:

Vidíme, že kolík č. 7 operačného zosilňovača, ktorým je + napájací kolík, je pripojený k kladnej koľajnici, podobne ako jeho kolík č. 4, ktorý je záporným napájacím kolíkom, je pripojený k zápornej alebo skôr nulovej napájacej koľajnici napájacieho zdroja. .

Vyššie uvedený pár pinových spojení napája IC, aby mohol pokračovať v zamýšľaných funkciách.

Teraz, ako už bolo uvedené skôr, pin # 2 IC je pripojený na križovatke dvoch rezistorov, ktorých konce sú pripojené k kladnej a zápornej koľajnici napájacieho zdroja.

Toto usporiadanie odporov sa nazýva rozdeľovač potenciálov, čo znamená, že úroveň potenciálu alebo napätia na spoji týchto odporov bude približne polovica napájacieho napätia, takže ak je napájacie napätie 12, spoj siete potenciálneho deliča bude byť 6 voltov a tak ďalej.

Ak je napájacie napätie dobre regulované, vyššie uvedená úroveň napätia bude tiež dobre fixná, a preto ho možno použiť ako referenčné napätie pre kolík # 2.

Preto s odkazom na spojovacie napätie rezistorov R1 / R2 sa toto napätie stáva referenčným napätím na kolíku # 2, čo znamená, že IC bude monitorovať a reagovať na akékoľvek napätie, ktoré by mohlo ísť nad túto úroveň.

Snímacie napätie, ktoré sa má monitorovať, sa privádza na pin # 3 IC, v našom príklade je to cez LDR. Kolík # 3 je pripojený na križovatke kolíka LDR a prednastavenej svorky.

To znamená, že z tohto spoja sa opäť stáva delič potenciálov, ktorého úroveň napätia tentokrát nie je pevná, pretože hodnotu LDR nie je možné fixovať, a bude sa meniť podľa podmienok okolitého svetla.

Teraz predpokladajme, že chcete, aby obvod snímal hodnotu LDR v určitom okamihu tesne po súmraku, nastavíte predvoľbu tak, aby napätie na kolíku # 3 alebo na križovatke LDR a predvoľba len prekročili hranicu 6V.

Keď sa to stane, hodnota stúpne nad pevnú referenčnú hodnotu na kolíku # 2, informuje to IC o snímacom napätí stúpajúcom nad referenčné napätie na kolíku # 2, čo okamžite vráti výstup IC, ktorý sa z počiatočného nulového napätia zmení na pozitívny. pozíciu.

Vyššie uvedená zmena stavu IC z nuly na kladný, spustí stupeň budiča relé, ktorý zapne záťaž alebo svetlá, ktoré môžu byť pripojené k príslušným kontaktom relé.

Pamätajte, že hodnoty rezistorov pripojených na pin # 2 sa môžu meniť aj kvôli zmene prahu snímania na pin # 3, takže sú všetky navzájom závislé, čo vám dáva široký uhol variácie parametrov obvodu.

Ďalšou vlastnosťou R1 a R2 je, že sa vyhýba nutnosti použitia napájacieho zdroja s dvojitou polaritou, čo robí príslušnú konfiguráciu veľmi jednoduchou a upravenou.

Zámena parametra snímania s parametrom nastavenia

Ako je zobrazené nižšie, vyššie vysvetlenú reakciu na operáciu je možné vrátiť späť zamenením polôh vstupného kolíka IC alebo zvážením inej možnosti, pri ktorej iba zamieňame polohy LDR a predvoľby.

Takto sa chová akýkoľvek základný operačný zosilňovač, keď je nakonfigurovaný ako komparátor.

Ak to zhrnieme, môžeme povedať, že v ktoromkoľvek komparátore založenom na operačných zosilňovačoch prebiehajú nasledujúce operácie:

Praktický príklad č

1) Keď je invertujúci kolík (-) aplikovaný na pevnú referenciu napätia a neinvertujúci (+) vstupný kolík je vystavený zmenenej snímacej odchýlke, výstup operačného zosilňovača zostáva 0 V alebo záporný, pokiaľ (+) napätie kolíka zostáva pod (-) referenčnou úrovňou napätia kolíka.

Striedavo, akonáhle prúd (+) kolíka stúpne nad (-) napätie, výstup rýchlo zmení kladnú úroveň napájacieho zdroja.

Príklad č

1) Naopak, keď sa na neinvertujúci pin (+) použije pevná referenčná hodnota napätia a invertujúci (-) vstupný pin je vystavený zmenenému snímaciemu napätiu, výstup operačného zosilňovača zostáva na úrovni stejnosmerného napájania alebo kladný, pokiaľ napätie (-) kolíka zostáva pod úrovňou napätia (+) referenčného kolíka.

Striedavo, akonáhle kolík (-) kolísky stúpne nad (+) napätie, výstup sa rýchlo zmení na záporný alebo sa vypne na 0V.