Operačný zosilňovač ako obvod komparátora a pracovná prevádzka

Operačný zosilňovač ako obvod komparátora a pracovná prevádzka

Všeobecne sa komparátory klasifikujú do rôznych typov, napríklad na elektrické komparátory, elektronické komparátory, mechanické komparátory, optické komparátory, sigma komparátory, pneumatické komparátory, digitálne komparátory atď. Tieto komparačné obvody sa zvyčajne používajú pri navrhovaní elektrických a projekty elektroniky . V tomto článku diskutujeme o tom, ako používať operačný zosilňovač ako komparátorový obvod a ako funguje operačný zosilňovač ako komparátorový obvod. Primárne však musíme vedieť, čo je operačný zosilňovač a komparátorový obvod.



Operačný zosilňovač

Operačný zosilňovač

Operačný zosilňovač

Na obrázku je znázornený jednosmerne viazaný elektronický zosilňovač napätia s vysokým zosilnením, ktorý sa skladá z dvoch vstupných svoriek. Diferenciálny vstup je privádzaný do dvoch vstupných svoriek (invertujúca vstupná svorka a neinvertujúca vstupná svorka) operačného zosilňovača a vytvára jediný výstupný potenciál na svorke Vout. Rozdiel potenciálov privádzaných k jeho dvom vstupným svorkám je teda zosilnený na výrobu zosilneného výstupu. Tento zosilnený výstup sa rovná stotisíckrát rozdielu medzi vstupnými signálmi.




Výstup zosilňovača je možné uviesť ako

Vout = AOL (V+ – V-)



Kde,

  • AOL je zisk zosilňovača v otvorenej slučke
  • V + je neinvertujúci vstup zosilňovača
  • V- je invertujúci vstup zosilňovača

Aj keď existujú rôzne typy operačných zosilňovačov , 741 op zosilňovačov sa často používa ako komparačný obvod v niekoľkých elektronických obvodoch.


Porovnávací obvod

Zariadenie pozostávajúce z dvoch vstupných svoriek, v ktorých sa referenčný vstupný signál privádza na jednu svorku a skutočná hodnota signálu sa privádza do druhej svorky. Potom sa na výstupnej svorke generuje výstupný signál na základe rozdielu medzi dvoma vstupnými signálmi privádzanými do dvoch vstupných svoriek. Tento generovaný výstupný signál je buď 0 (nízky) alebo 1 (vysoký).

V elektrickej a elektronickej terminológii sa zariadenie používané na porovnávanie dvoch napäťových signálov alebo prúdových signálov, ktoré sa privádzajú na dve analógové vstupné svorky, čím vytvára jeden binárny digitálny výstupný signál, ktorý označuje väčší vstupný signál, nazýva ako komparátorový obvod .

Porovnávací obvod

Porovnávací obvod

Dva analógové vstupné terminály sú vo vyššie uvedenom komparačnom obvode reprezentované ako V + (Vin) & V- (Vref). Digitálny výstup sa generuje na výstupnej svorke V0 (Vout). Výstupný signál komparačného obvodu je daný

Ak V +> V- (Vin je väčšie ako Vref), potom V0 = 1 a
Ak V +

Komparátory sa spravidla používajú v zariadeniach, ako sú relaxačné oscilátory, analógovo-digitálne prevodníky (ADC), a tiež v zariadeniach, ktoré sa používajú na meranie analógových signálov. Komparátory pozostávajú z vysoko ziskových diferenciálnych zosilňovačov a ako komparátorový obvod môžeme použiť operačný zosilňovač.

Operačný zosilňovač ako komparátor

741 operačných zosilňovačov sú základné operačné zosilňovače, ktoré sa dajú použiť ako komparačný obvod v mnohých elektronických obvodoch. Napríklad, ak vezmeme do úvahy a spínač s regulovanou teplotou potom sa vykoná spínacia operácia na základe teploty. Ak skutočná hodnota teploty prekročí prednastavenú hodnotu referenčnej teploty, potom bude snímačom teploty generované výstupné napätie (nízke alebo vysoké).

Ak vezmeme do úvahy základné usporiadanie komparátora, potom dôjde k vysokofrekvenčným zmenám napätia spôsobeným šumom. Tento problém je potrebné zvážiť v prípade operačných zosilňovačov, ktoré sú zvlášť konštruované ako komparačné obvody. Tento šum sa vytvára vždy, keď sú signál vstupného napätia a signál referenčného napätia blízko seba.

Operačný zosilňovač ako komparátorový obvod

Operačný zosilňovač ako komparátorový obvod

Kolísanie vysokofrekvenčného napätia je spôsobené náhodnou povahou šumu, vďaka čomu sa v rýchlom slede za sebou napätie vstupného signálu stane väčšie alebo menšie ako referenčné napätie. Výstupný signál teda bude kmitať medzi maximálnou úrovňou napätia a minimálnou úrovňou napätia. Tento problém je možné znížiť aplikáciou hysteréza . Hysteréznu medzeru v usporiadaní Schmittovho spúšťacieho obvodu môžeme upraviť aplikáciou hysterézie na obvod komparátora op amp pomocou pozitívnej spätnej väzby. Obrázok zobrazuje operačný zosilňovač ako komparátorový obvod s hysteréziou.

Operačný zosilňovač ako pracovná prevádzka obvodu komparátora

Všeobecne výstup op zosilňovača kolíše od kladného a záporného do extrémneho napätia, ktoré sa približne rovná napájaciemu potenciálu. Ak 741 na zosil je pripojené k +/- 18V, potom je maximálne výstupné napätie dané ako +/- 15V. Je to spôsobené extrémne veľkým ziskom otvorenej slučky operačného zosilňovača (10 000 až 1 milión). Ak teda ktorýkoľvek vstup vytvorí +/- 150 mikrovoltov rozdielu napätia, potom bude zosilnený približne miliónkrát a výstup je napájaný do saturácie. Výstup teda zostáva na svojej maximálnej alebo minimálnej hodnote.

Operačný zosilňovač ako obvodový diagram komparátora

Operačný zosilňovač ako obvodový diagram komparátora

Pri použití operačného zosilňovača ako komparátora v prístrojovej technike je možné na porovnanie týchto dvoch napätí použiť otvorenú slučku. Preto sa v závislosti od rozdielu medzi hodnotou vstupného napätia a hodnotou referenčného napätia bude výstupný Vout rovnať maximálnej vysokej hodnote alebo minimálnej nízkej hodnote (hodnota vstupného napätia bude väčšia alebo menšia ako hodnota referenčného napätia iba o mikro voltov).

Referenčné napätie sa privádza do neinvertujúcej vstupnej svorky operačného zosilňovača a premenné napätie sa privádza do invertujúcej vstupnej svorky operačného zosilňovača. Zvážte schému zapojenia komparátora operačného zosilňovača zobrazeného na obrázku, ak je napätie napájané na pin 2 väčšie ako referenčné napätie napájané na pin 3, potom bude výstupné napätie nízke a je o niečo väčšie ako –Vs. Ak je napätie privádzané na pin 2 menšie ako referenčné napätie napájané na pin 3, potom je výstupné napätie vysoké a je nepatrne menšie ako + Vs.

Existuje veľa operačných zosilňovačov určených na prevádzku komparátorov, tieto obvody komparátorov operačných zosilňovačov sa používajú na vysokorýchlostné porovnania. Stav výstupu týchto obvodov komparátora operačných zosilňovačov sa zmení za menej ako 1 mikrosekundu. Ale tieto vysokorýchlostné porovnávacie obvody operačného zosilňovača spotrebúvajú viac energie v závislosti od rýchlosti porovnávania. Na základe rýchlosti porovnania a množstva spotreby energie sú tieto komparátory klasifikované do rôznych typov. Pre konkrétnu aplikáciu je možné použiť konkrétny operátorový komparátor v závislosti od požadovanej rýchlosti a / alebo spotreba energie .

Využitie operačného zosilňovača ako komparátora v praktických obvodoch elektroniky

Monitorovací systém teploty a vlhkosti pôdy založený na bezdrôtových senzorových sieťach využívajúcich Projekt Arduino je určený na vývoj automatického zavlažovacieho systému, ktorý riadi spínanie (zapínanie a vypínanie) motora čerpadla snímaním obsahu pôdnej vlhkosti.

Monitorovací systém teploty a vlhkosti pôdy založený na bezdrôtových senzorových sieťach využívajúcich Arduino od Edgefxkits.com

Monitorovací systém teploty a vlhkosti pôdy založený na bezdrôtových senzorových sieťach využívajúcich Arduino od Edgefxkits.com

Usporiadanie snímania sníma vlhkosť pôdy a na dosku Arduino sa dáva vhodný signál. To sa dosiahne použitím operačného zosilňovača ako komparačného obvodu fungujúceho ako rozhranie medzi snímacím usporiadaním a mikrokontrolérom. Na základe signálu prijatého zo snímacieho usporiadania je prevádzkované vodné čerpadlo. LCD displej slúži na zobrazenie stavu obsahu pôdnej vlhkosti a vodného čerpadla.

Ďalej je možné poskytnúť technickú pomoc na základe vašich otázok uverejnených v sekcii komentárov nižšie. Môžete si stiahnuť našu bezplatnú e-knihu do projektovanie elektroniky na vlastnú päsť.

Poznáte nejaké aplikácie zabudovaných systémov, v ktorých sa ako porovnávací obvod používa operačný zosilňovač?