Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ). » Хабстаб
Прежде чем начнём разбираться с компаратором, давайте вспомним, что такое операционный усилитель(ОУ). Операционный усилитель имеет пять выводов и на схемах обозначается треугольником, как показано на рисунке ниже.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
Давайте подробнее рассмотрим назначение выводов:
  • два вывода для подключения питания, плюс и минус напряжения питания;
  • два входа, один неинвертирующий, обозначенный V+ и один инвертирующий, обозначенный V-;
  • один выход, обозначенный Vвых;

Скорее всего, у того кто до этого не был знаком с операционным усилителем возникнет вопрос, что такое инвертирующий и неинвертирующий вход, давайте рассмотрим это на примере.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).

На рисунке выше видно, что если напряжение на неинвертирующем входе больше чем на инвертирующем, то на выходе будет плюс напряжение питания.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
Если, наоборот, напряжение на инвертирующем входе будет больше чем на неинвертирующем, то на выходе будет минус напряжение питания.
По сути мы рассмотрели как работает компаратор. Компаратор от английского слова compare – сравнить, то есть он сравнивает два напряжения и в зависимости от того на каком из входов оно выше, устанавливает на выходе плюс или минус напряжения питания. Также, можно сказать, что компараторэто схема включения ОУ без отрицательной обратной связи, обладающая большим коэффициентом усиления. Под отрицательной обратной связью понимают, соединение инвертирующего входа с выходом, напрямую или через электронный компонент, например, резистор, кондесатор или диод.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
Для демонстрации, того как работает компаратор рассмотрим схему, изображённую ниже.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
В этой схеме с помощью делителя, резисторами 10К и 100К, устанавливается на инвертирующем входе напряжение 0,45V, его ещё называют опорным. Пока напряжение на неинвертирующем входе меньше 0,45V, на выходе будет 0V и светодиод не загорится, как только напряжение на неинвертирующем входе превысит это значение, на выходе станет 5V и светодиод загорится. Таким образом, вращая потенциометр, мы можем зажигать и гасить светодиод. Схема непрактичная, но наглядная.
В одной из статей описывается как работает пиковый детектор, там как раз можно увидеть ОУ включённый как компаратор. Для увеличения можно кликнуть по фото.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
Давайте немного упростим схему.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
И подключим осциллограф к входам компаратора. Первый канал — неинвертирующий вход, второй — инвертирующий.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
Во время хлопков в ладоши возникают всплески, если при этом амплитуда всплесков(жёлтые) превышает опорное напряжение(бирюзовый), на выходе появляется плюс напряжения питания, иначе минус.
В этом случае в качестве датчика у нас выступает микрофон, также в качестве датчика может выступать фотодиод, для включения света при низком уровне освещенности, а его мы задаем опорным напряжением.
Ранее, мы договорились, что компаратор — это схема включения ОУ без отрицательной обратной связи. Но кроме отрицательной обратной связи существует, ещё положительная обратная связь.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
Схема, изображенная выше, называется инвертирующий триггер Шмитта, по сути это тот же компаратор, только с положительной обратной связью. Принцип его работы заключается в следующем, помните на осциллограмме когда жёлтые линии пересекали бирюзовую, изменялось напряжение на выходе. Так вот здесь линий, которые можно пересечь две, при превышении верхней линии на выходе появляется минус напряжения питания, если значение опустится ниже нижней линии —плюс, а в промежутке между линиями система сохраняет своё состояние.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).

Так же существует неинвертирующий триггер Шмитта, он изображен на схеме ниже.
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
Логичным вопросом будет, почему того же Отто Герберт Шмитт не устроил обычный компаратор и он изобрел свой. Ответ прост, если на вход компаратора без положительной обратной связи подать зашумленный сигнал, это вызовет множество ложных срабатываний, для того чтобы избежать этого был придуман триггер Шмитта, у которого два порога переключения.
Правда и у него тоже есть, что доработать. Хотелось бы избавиться от двуполярного питания и так как пороги срабатывания задаются с помощью делителя, то они симметричны относительно нуля, а хотелось бы выбирать их произвольно.
Пожалуй это всё, что хотелось рассказать про компараторы на ОУ, если появилось желание разобраться более подробно, добро пожаловать сюда.

Содержание

Компаратор на операционном усилителе. Практикум.

В данной статье разберёмся как работает компаратор на операционном усилителе.

Операционные усилители – очень мощный инструмент современного радиолюбителя. Одной из самых простых схем его использования является подключение по схеме компаратора.

Название компаратор прижилось в отечественной литературе. Произошло оно от заимствования с английского слова compare = сравнить. Поэтому многие радиолюбители называют компаратор сравнивающим устройством.

Обычно для экономии стоимости данные схемы реализуют на операционных усилителях, но бывают и специализированные микросхемы компараторов. Они, как правило, имеют лучшее быстродействие и меньшее падение напряжения на самой микросхеме, но их невозможно использовать в качестве операционного усилителя. В данной статье речь пойдёт о использовании именно операционника (ОУ) в качестве компаратора. А вариант с использованием специализированных компараторов будет рассмотрен позже.

Наглядно эта схема показана на следующем рисунке:

картинка-схема компаратора на операционном усилителе
картинка-схема компаратора на операционном усилителеРис.1. Схема подключения операционного усилителя в качестве компаратора.

Давайте вместе разберемся в её работе.

Наиболее понятно, работа данной схемы представляется в виде работе некоторого постоянно сравнивающего устройства, которое постоянно сравнивает сигнал 1 и сигнал 2 подаваемые на вход компаратора. Выход оно устанавливает исходя из следующего:

Сигнал 1 больше по напряжению, чем сигнал 2?

Если да, то выход устанавливается в 10В (напряжение питание операционного усилителя). Если нет, то в 0В.

Наглядное описание работы компаратораНаглядное описание работы компаратораРис.2. Наглядное описание работы компаратора

На первый взгляд в работе данной схемы нет ничего необычного, но существует бесчисленное множество применений работы данной схемы. В основном это устройства, которые переводят аналоговый сигнал в некоторую логическую величину: ДА или НЕТ. Это может быть и индикатор зарядки батареи, и датчик критического уровня жидкости в сосуде или любой другой аналоговый сигнал, который переходи какое-то определённое значение.

Разберём несколько из примеров использования компараторов (рекомендованных для домашней сборки), для того чтобы лучше разобраться в том, как работает данная схема.

1. Датчик перегрева радиатора

Данная схема работает по следующему принципу: В зависимости от температуры терморезистор R5 будет иметь разное значение сопротивления. С ростом температуры его сопротивление увеличивается.

Если температура не достигла заданной, то напряжение на выходе компаратора равно 0, и светодиод не горит.

При достижении температуры, установленной потенциометром R3, компаратор переключается, светодиод загорается, информируя нас о том, что терморезистор R5 перегрелся. В этот момент нужно как-то охладить работу вашей схемы, например, включив вентилятор или насос для прокачки воды. Это легко реализовать подключением в качестве нагрузки к выходу компаратора обычное электромагнитное реле.

картинка-схема подключения датчика температурыкартинка-схема подключения датчика температуры

Рис.3. Схема подключения датчика температуры.

2. Индикатор зарядки/разрядки батареи с двумя фиксированными уровнями.

Задача данного датчика крайне проста: проинформировать держателя батарейки о полном её заряде и скором прекращении работы. Данная схема отличается от предыдущей тем, что строиться на базе не одного, а двух компараторах, но это не беда для современной техники. Дело в том, что большинство современных операционных усилителей выпускаются в корпусе DIP8/SO8 и в своём составе содержат два операционных усилителя. К примеру, вот фрагмент даташита (технического описания микросхемы) используемого мною ОУ:

Расположение выводов у микросхемы ОУ NE5532Расположение выводов у микросхемы ОУ NE5532Рис. 4. Расположение выводов у микросхемы ОУ NE5532.

Решается она следующим образом: входное напряжение поступает на сложный делитель R3-R5-R7. В результате получаются два аналоговых уровня соответствующих не инвертирующим входам ОУ.

Тот, что получается между резисторами R3-R5 будет говорить нам о глубоком разряде аккумулятора, так как он будет срабатывать при достаточно низком напряжении.

Тот, что получается между резисторами R5-R7 будет говорить нам о полном заряде аккумулятора, так как он будет срабатывать при высоком напряжении на клеммах аккумулятора.

Сразу замечу, что схема мной собиралась не раз и тестировалась на лабораторном блоке питания и реальной батарейке. По этому все комментарии по настройке тут особо не нужны, так как схема работает сразу практически без настройки. Схема отлично работает с 9В свинцовыми и МеОН аккумуляторами. Для популярных в последнее время Li-ion батареек она несколько изменяется: современные Li-ion батарейки работают в диапазоне 4,2-2,4В. Для них питание операционного усилителя выбирается на уровне 2,4В (под стандартный стабилизатор), фиксированный уровень сравнения вместо 2,5В становится 1,2В и используются низковольтные ОУ. В остальном схема точно такая-же.

картинка-схема индикатора зарядки/разрядки батареикартинка-схема индикатора зарядки/разрядки батареиРис.5. Схема индикатора зарядки/разрядки батареи.

Несколько тонкостей работы с компараторами.

Данный материал написан для людей, которые уже попробовали поработать с компараторами и хотят углубиться в данной теме:

1. Чувствительность компаратора зависит от величины минимального напряжения между входами. Если вы стараетесь сделать очень точные измерения, по типу вытащить 0,001*С из схемы срабатывания охлаждения, то будьте готовы к тому, что у вас это не получиться в виду ограничений микросхемы

2. Во время переключения некоторое время компаратор переключается. Это свойство проявляется в основном при детекции вч сигналов. Если ваши рабочие частоты лежат до 100 кГц, то о данном параметре на всех современных ОУ можете не заморачиваться. В противном случае смотрите на величину скорости роста сигнала. Обычно у современных ОУ эта величина составляет единицы/десятки вольт в микросекунду. В вашем случае она считается по формуле:

Если данная величина получилась больше, чем параметр ОУ, то меняйте оу. На экране осциллографа при этом у вас будет сильное сваливание от прямоугольного сигнала на выходе ОУ к треугольному сигналу.

3. В некоторых случаях полезно реализовать гистерезис(запаздвание) на положительной обратной связи, но это рассмотрим подробнее в одном из следующих занятий практикума.

В конце концов вот вам приятный подарок, раз уж вы дочитали до конца. Вот видео автора данной статьи о компараторах, из которого можно подчеркнуть много интересного и полезного.

Заключение

А теперь собственно ваше практическое задание: на основе вышеизложенного собрать простую схему на компараторе и показать её любому своему знакомому с объяснениями как это работает. Особенно рекомендую собрать схему на датчик перегрева и протестировать её работу на примере стакана с горячей водой. Присылайте свои фото и комментарии с практикумом на адрес info{собака}meanders.ru. А в качестве бонуса фотографии самого интересного практикума я выложу ниже в данной статье со ссылками на собравшего.

Как сделать схему компаратора с операционным усилителем своими руками

Схема подключения компаратораЧтобы управлять компонентами электронных схем, используют разные приспособления, которые могут осуществлять настройку и разделять сигналы. Для быстрого сравнения нескольких различных импульсов принято использовать специальный компаратор с однополярным питанием.

Основные технические характеристики

Компаратором называется устройство, сравнивающее несколько напряжений и силу электрического тока, выдающее окончательный силовой сигнал, указывающее на наибольшее значение параметров и одновременно делающее точный расчет их соотношения. У изделия существует несколько аналоговых входов и один цифровой выход. Чтобы визуально отобразить сигнал, в устройстве применяется световой индикатор.

Несколько десятилетий назад применялся лишь интегрированный компаратор электрического напряжения, который принято называть высокоскоростным. Ему необходимо некоторое дифференциальное напряжение в обозначенном диапазоне, которое намного меньше, чем напряжение питающей сети. Подобные устройства не пропускают остальные внешние сигналы, находящиеся за диапазоном питающей сети.

Типы компараторов

Специалисты разделяют компараторы на такие типы:

  • аналоговые изделия;
  • компараторы на операционном усилителе.

Аналоговый компаратор

Подключение корпаратораВ данное время довольно часто применяется аналоговый компаратор, который оснащен специальным транзисторным входом. Входящий потенциал сигнала в устройстве имеет значение не меньше 0,4 вольта и никогда не увеличивается. Изделие часто делают очень быстрого реагирования, из-за чего входящий сигнал будет меньше указанного диапазона, например, 0,3 вольта. Зачастую подобный диапазон может ограничиваться лишь определенным входным напряжением на транзисторе.

Компаратор на операционном усилителе

Кроме простого устройства, еще изготавливают видеоспектральный компаратор на операционном усилителе. Такое изделие обладает довольно точной балансировкой разницы входного напряжения и большим сопротивлением сигнала на выходе. Из-за такого свойства, компаратор на операционном усилителе можно применять в низко проводимых электрических цепях с маленьким напряжением.

Другими словами, операционный усилитель частоты способен работать совместно с открытым контуром и используется как изделие небольшой производительности. В процессе работы, не инвертирующий вход имеет более высокое значение напряжения, нежели инвертирующий вход. Большое усиление сигнала, который выходит из усилителя, провоцирует выход маленького напряжения на входе устройства.

Если не инвертирующий вход спадает меньше инвертирующего, то сигнал на выходе способен насытиться при отрицательном уровне напряжения, но он будет проводить электрические импульсы. Значение напряжения на выходе операционного усилителя может ограничиваться лишь напряжением питающей сети. Вся электрическая цепь усилителя работает только в линейном режиме при отрицательном значении обратной связи. Этому способствует специальный хорошо сбалансированный источник питания. Практически вся аппаратура, которая работает вместе с компаратором, оборудована функцией фиксации полученной информации. Подобные электронные принципы не способны работать в схемах, в которых применяются плохо проводящие радиоэлементы и разомкнутые контуры.

Недостатки устройства на операционном усилителе

У компаратора с операционным усилителем есть такие недостатки:

  1. Что такое корпараторПодобные усилители способны работать только в линейном режиме с отрицательным значением обратной связи. Однако операционные усилители довольно долго восстанавливаются.
  2. Практически все усилители оборудованы специальным конденсатором для внутренней компенсации, который способен ограничить скорость увеличения напряжения на выходе для сигналов с большой частотой. Другими словами, подобная схема может задержать электрический импульс.
  3. Устройство не обладает внутренним гистерезисом.

Обладая такими недостатками, компаратор для управления разными цепями применяется без операционного усилителя. Единственным исключением можно считать только генератор. Это устройство необходимо для различных процессов с ограничительным значением напряжения на выходе, которое способно осуществлять взаимодействие с цифровой логикой. Именно поэтому они применяются в разной термической аппаратуре. А также его используют, чтобы сравнивать электрические сигналы и сопротивления таких приборов, как стабилизатор или таймер.

Как работает компаратор

Чтобы наглядно показать принцип работы быстрого компаратора с гистерезисом, необходимо рассмотреть устройство с несколькими выходами.

Применяя аналоговый сигнал в первом входе, который принято называть не инвертируемым, и выходе, считающимся инвертируемым, изделие использует пару одинаковых сигналов разной полярности. Когда значение аналогового входа больше, чем у его выхода, то такой выход будет положительной полярности. Это должно включить подготовленный коллектор транзистора в его цепи, который и необходимо было запустить. Однако когда вход имеет отрицательную полярность, то электрический сигнал будет очень маленького значения, поэтому коллектор транзистора будет оставаться закрытым.

Почти всегда фазовый компаратор способен воздействовать на входы в схемах логических элементов, и поэтому работает по уровню напряжения питающей сети. Другими словами, это устройство способно преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой формат. Подобный принцип работы помогает не уточнять значение нужного выходного сигнала, потому что устройство постоянно обладает захватом петли гистерезиса и конечным коэффициентом усиления.

Назначение и применение компаратора

Компаратор на транзисторахПодобное изделие нашло применение в простых схемах персональных компьютеров, в которых необходимо быстро сравнивать сигналы напряжения входа. А также это может быть устройство для зарядки телефона или другого гаджета, электронные весы, датчик напряжения, микроконтроллер, таймер и подобные изделия. Иногда его используют в разных интегральных микросхемах, которые обязаны контролировать импульсы на входе, обеспечивать связь от источника импульса до места его назначения.

Наилучшим примером можно считать регулятор Шиммера, который способен работать в многоканальном режиме. Таким образом, он может сравнить большое количество электрических сигналов. А также этот компаратор используется для восстановления цифрового сигнала, который может искажать связь в зависимости от значения напряжения и расстояния до источника сигналов. Это устройство принято считать аналогом обычного компаратора, который обладает широкими функциональными возможностями и способен обеспечить измерение большого количества входящих электрических сигналов.

Сейчас выпускается специальный компаратор шероховатости. Подобное изделие может быстро определить качество поверхности, которая до этого момента была механически обработана. Использование такого устройства обосновано необходимостью определения допусков поверхности, которая подверглась обработке.

Компаратор напряжения на ОУ: принцип работы, схемы

Для управления электронными схемами применяются различные устройства, которые помогают настраивать и разветвлять сигналы. Для сравнения двух разных импульсов часто используется компаратор с однополярным питанием.

Обозначение и технические характеристики

Компаратор – это устройство, которое сравнивает два разных напряжения и силу тока, выдает конечный силовой сигнал, указывая на большее из них, одновременно производя расчет соотношения. У него есть две аналоговые вводные клеммы с положительным и отрицательным сигналом и один двоичный цифровой выход, как и у АЦП. Для отображения сигнала используется специальный индикатор.

УГО отображение компаратора выглядите следующим образом:

УГО компаратораФото — УГО компаратора

Изначально использовался только интегрированный компаратор напряжения (MAX 961ESA, PIC 16f628a), который известен как высокоскоростной. Он требует определенного дифференциального напряжения в определенном диапазоне, который существенно ниже, чем напряжение сети питания. Эти приборы не допускают никаких других внешних сигналов, которые находятся вне диапазона напряжения сети.

Сейчас гораздо чаще используется аналоговый цифровой компаратор (Attiny/ Atmega 2313), у которого транзисторный ввод. У него вводный потенциал сигнала находится в диапазоне менее 0,3 Вольт и не поднимается выше. Устройство может быть также ультра быстрого типа (стереокомпаратор), благодаря чему входной сигнал меньше обозначенного диапазона, к примеру, 0,2 Вольта. Как правило, используемый диапазон ограничивается только конкретным входным напряжением.

КомпараторФото — Компаратор

Помимо простого прибора, также существует видеоспектральный компаратор на ОУ (операционном усилителе). Это прибор, у которого очень тонко сбалансирована разница входа и высокого сопротивления сигнала. Благодаря такой характеристики, операционный компаратор используется в низкопроводимых схемах с небольшим вольтажем.

схема компаратораФото — схема компаратора

В теории, частотный операционный усилитель работает в конфигурации с открытым контуром (без отрицательной обратной связи) и может быть использован в качестве компаратора низкой производительности. Но при этом, не инвертирующий вход (+ V) находится на более высоком напряжении, чем на инвертирующий (V-). Высокое усиление, выходящее из операционного усилителя, провоцирует выход низкого напряжения на входе в устройство.

Когда неинвертирующий вход падает ниже инвертирующего входа, выходной сигнал насыщается при отрицательном уровне питания, то он все равно может проводить импульсы. Выходное напряжение ОУ ограничивается только напряжением питания. Принципиальная электрическая схема ОУ работает в линейном режиме с отрицательной обратной связью, с помощью сбалансированного сплит-источника питания (питание от ± V S ). Многие приборы, работающие с компаратором, также имеют свойство фиксировать полученные данные при помощи видео-, фото- или документальной записи. Эти электронные принципы не работают в системах, где используются разомкнутые контуры и низкопроводящие элементы.

простой компараторФото — простой компаратор

Но у компараторного усилителя существует несколько существенных недостатков:

  1. Операционные усилители предназначены для работы в линейном режиме с отрицательной обратной связью. Но при этом, ОУ имеет более длительный режим восстановления;
  2. Почти все операционные усилители имеют конденсатор внутренней компенсации, который ограничивает скорость нарастания выходного напряжения для высокочастотных сигналов. Исходя из этого, данная схема немного задерживает импульс;
  3. Компаратор не имеет внутреннего гистерезиса.

Из-за этих недостатков, компаратор для управления различными схемами, в большинстве случаев, используется без усилителя, исключением является генератор.

Компаратор предназначен для производственных процессов с ограниченным выходным напряжением, которое легко взаимодействует с цифровой логикой. Поэтому его часто используются в различных термических приборах (терморегулятор, реле температуры). Также его применяют для сравнения сигналов и сопротивлений таких устройств, как таймер, стабилизатор и прочая схемотехника.

аналоговый компараторФото — аналоговый компаратор

Видео: компараторы

Принцип работы

Для того, чтобы продемонстрировать, как работает быстродействующий компаратор с гистерезисом, нужно взять схему с двумя выходами.

схема работы компаратораФото — схема работы компаратора

Схема включения, по которой можно понять принцип работы компаратора, показана выше. Используя аналоговый сигнал во + входе, именуемым «неинвертируемым», и выходе, который называется под названием «инвертируемый», устройство использует два аналогичных разнополярных сигнала. При этом если аналоговый вход больше, чем аналоговый выход, то выход будет «1», и это включит открытый коллектор транзистора Q8 на эквивалентной схеме LM339, которую нужно включить. Но, если вход находится на отрицательном уровне, то сигнал будет равняться «0», из-за чего, коллектор будет находиться в закрытом виде.

Практически всегда двухпороговый или фазовый компаратор (например, на транзисторах, без усилителя) воздействует на входы в логических цепях, соответственно, работает по уровню определенной сети питания. Это своеобразный элемент перехода между аналоговыми и цифровыми сигналами. Такой принцип действия позволяет не уточнять определенность или неопределенность выходов сигналов, т. к. компаратор всегда имеет некий захват петли гистерезиса (независимо от её уровня) или окончательный коэффициент усиления.

Назначение

Зачем нужен компаратор и как его использовать без усилителя? В большинстве случаев, этот прибор применяется в несложных компьютерных схемах, где нужно сравнивать сигналы входящего напряжения. Это может быть зарядное устройство для ноутбука или телефона, весы (определитель массы), датчик сетевого напряжения AVR, таймер (компоратор типа lm 358, микроконтроллер и т. д. Также его применяют различные интегральные микросхемы для контроля входных импульсов, обеспечивая связь между источником сигнала и его центром назначения.

компараторы для компьютераФото — компараторы для компьютера

Наиболее популярным примером является компаратор триггер (регулятор) Шиммера. Он работает в режиме многоканальности, соответственно, может сравнивать большое количество сигналов. В частности, данный триггер применяется для того, чтобы восстановить цифровой сигнал, который искажает связь в зависимости от уровня напряжения и расстояния источника питания.

Это аналог стандартного компаратора, просто с более расширенным функционалом, который обеспечивает измерение нескольких входящих сигналов.

ОУ компараторФото — ОУ компаратор

Также есть компаратор шероховатости. Это устройство, которое помогает визуально определить состояние поверхности, которая уже подвергалась обработке. Применение этого приспособления обосновано необходимостью определять допуски обработанных ранее поверхностей.

Программирование и компаратор

Компоратор используется не только как часть электрической схемы ШИМ и т. д., его часто используют для создания отдельных программ или их компонентов. Например, устройство часто используется для создания java-коллекций.

  1. Чтобы работать, Вам понадобится специальная программа Maven. Для начала Вам нужно создать проект, для полноценной работы необходимо подключение к интернету. Создаете новый проект, в структуре выберете два компонента: comparator и pojo. Наличие проверяется при помощи утилиты JUnit 4.11;
  2. Установите pom.xml и создайте новый файл. Прерывание процесса недопустимо, поэтому очень важно на каждом этапе сохранять. После осуществляется создание и настройка POJO, где указываются нужные настройки. Параметры зависят от требований к конкретной библиотеке. Это могут быть даты рождения, общая информация по проживанию и т. д.;
  3. И только после создается компаратор. Это класс, который используется для поверки данных и их распределения по нужным папкам. Использование данного класса необходимо, если нужно отсортировать определенную информацию по заданным параметрам (цвета, размеры, даты). Благодаря этому обеспечивается защита данных и их классификация по определенному принципу.

Купить готовый компаратор можно в любом магазине радиотехнических приборов и электротехники. Цена прибора варьируется в зависимости от его назначения и количества каналов.

Компаратор принцип работы

Компаратор - это что такое? Микросхема и принцип работы

Компаратор – это устройство, предназначенное для сравнения каких-либо величин (от лат. comparare – "сравнивать").

Является операционным усилителем с большим коэффициентом умножения. Имеет входы: прямой и инверсный. При необходимости опорный сигнал может быть подключен к любому из них.

Как работает компаратор?

На один из входов подается постоянный сигнал, который называется опорным.

Он используется как образец для сравнения. Ко второму поступает испытуемый сигнал. На выходе стоит транзистор, меняющий свое состояние в зависимости от условий:

  • Напряжение прямого входа выше инверсного – транзистор открыт.
  • Напряжение инверсного входа выше прямого – закрыт.

Соответственно, выходное напряжение меняется скачком от минимума до максимума, или наоборот.

Применение компаратора

Используются в схемах измерения электрических сигналов и в аналогово-цифровых преобразователях. В логических цепях работают элементы «или» и «не», также являющиеся компараторами. Соответственно, использование этого компонента не ограничивается конкретными примерами, поскольку он применяется повсеместно.

Стоит отметить, что устройство сравнения можно сделать из любого операционного усилителя, но не наоборот. Коэффициент усиления компаратора достаточно высок. Соответственно, его входы очень чувствительны к разнице напряжений между ними. Расхождение в несколько милливольт значительно изменяет напряжение выхода.

Таким образом, компаратор позволяет наблюдать минимальные колебания уровней входных напряжений.

Это делает его незаменимым элементом схем сравнения и измерительных приборов высокой точности:

  • индикаторы уровня входящего сигнала;
  • металлоискатели;
  • микро- и милливольтметры;
  • детекторы электромагнитных излучений;
  • лабораторные датчики;
  • компараторы массы;
  • газоанализаторы.

Принцип действия аналогового компаратора

Аналоговый компаратор сравнивает непрерывные сигналы – входной измеряемый и входной опорный. 

При медленном изменении входного сигнала, происходит многократное переключение компаратора за малый отрезок времени.

Такое явление называют «электронным дребезгом». Его наличие значительно снижает эффективность сравнения. Поскольку часто повторяющиеся смены состояния выхода, вводят оконечный транзистор в состояние насыщения.

Для уменьшения эффекта «электронного дребезга», в схему вводят ПОС – положительную обратную связь.

Она обеспечивает гистерезис – небольшую разницу между уровнем напряжения включения и отключения.

Некоторые компараторы имеют встроенную ПОС, что уменьшает количество дополнительных элементов построения конструкции.

Особенности цифрового компаратора

Цифровой компаратор – это однобитный аналогово-цифровой преобразователь.

Напряжение выхода представляет либо логический «0», либо «1».

На вход может быть подан как аналоговый, так и цифровой сигнал.

Устройство используется в качестве формирователя импульсов для сопряжения схем датчиков и устройств отображения.

Может применяться для анализа спектра звукового или светового сигнала.

Компаратор – это также логические элементы «или» и «не», используемые в вычислительной технике.

Теоретически при незначительно малых колебаниях уровня входного сигнала, может возникать состояние неопределенности выхода. На практике равенство измеряемого и опорного напряжений не наступает. Поскольку компаратор имеет ограниченный коэффициент усиления или положительную обратную связь.

Компаратор-микросхема

Промышленность выпускает компараторы в виде интегральных схем. Их использование позволяет создавать компактные приборы, с минимумом навесных элементов. Также преимущество малогабаритных деталей в незначительной длине соединительных проводников. В условиях повышенного электромагнитного излучения они являются приемными антеннами для всевозможных электрических помех.

Компаратор на операционном усилителе

У компараторов есть немалое сходство с операционными усилителями:

  • коэффициент усиления;
  • входное сопротивление;
  • значение входных токов;
  • состояние насыщения.

Пример практического применения компаратора

На принципиальной схеме представлен датчик освещенности.

Опорное напряжение задается резисторами RV1 и R2. При этом, RV1 служит регулятором чувствительности конструкции. Индикация реализована на светодиоде D1. Датчиком является элемент LDR1, который меняет омическое сопротивление в зависимости от освещенности. Собственно компаратор представлен операционным усилителем LM324. Это простое устройство демонстрирует то, как работает компаратор на практике.

Компараторы массы: понятие

Компаратор массы это устройство, предназначенное для уточнения разности значений массы гирь при контроле стандартов массы и веса, а также, для прецизионного взвешивания. Наиболее точные компараторы массы способны взвесить любой образец и сравнить его с иным, подобным ему. Происходит это на уровне атомов. Необходимость в таких устройствах возникает по причине несовершенства эталонных образцов мер веса и объема жидкости.

Типы компараторов

– компаратор для сравнения разнополярных сигналов;

– компаратор для сравнения однополярных сигналов.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Расчет компаратора на операционном усилителе

   Простая схема триггера Шмитта на операционом усилителе имеет симметричные пороговые напряжения относительно нулевой точки и требует для своей работы двуполярное питание. Симметричные пороги ограничивают возможности применения схемы, а двуполярное питание подразумевает использование соответствующего источника, что неудобно, если схема триггера используется совместно с микроконтроллером, напряжение питания которого обычно 5 или 3,3 Вольта. 

   Существует еще одна схема триггера Шмитта на операционном усилителе, в которой используется однополярное питание и можно задавать отличающиеся друг от друга пороговые напряжения. О расчете такой схемы и пойдет речь в этой статье. 


   Рассматриваемая схема имеет два устойчивых состояния - когда на выходе операционного усилителя нулевое напряжение и когда на выходе положительное напряжение насыщения (+Usat).  Нам нужно разобраться, как рассчитать номиналы резисторов R1, R2 и R3 для произвольно задаваемых верхнего и нижнего порогов. 

   Принимая во внимание упрощения, используемые при анализе схем на операционных усилителях (бесконечное входное сопротивление и, соответственно, нулевые входные токи, нулевое выходное сопротивление , бесконечный коэффициент усиления без обратной связи, бесконечная полоса пропускания),  мы можем перерисовать схему триггера Шмитта,  заменив операционный усилитель источником напряжения. 

 

U1 - источник питания операционного усилителя. 

U2 - источник напряжения, имитирующий выход операционного усилителя. 

Напряжение между точками A и B - это входное напряжение операционного усилителя. 

 

Если воспользоваться методом узловых потенциалов, то можно определить значение этого напряжения. Оно будет равно:

 

Uab = (U1*g1 + U2*g3)/(g1 + g2 + g3)

 

где g1, g2, g3 - проводимости ветвей цепи. Проводимость - это величина обратная сопротивлению  g = 1/R, если ты не знал или забыл. Измеряется в сименсах.

 

Подробное рассмотрение метода узловых потенциалов выходит за рамки этой статьи, поэтому просто прими это выражение на веру. 

 

Используя приведеное выше выражение, запишем уравнения, определяющие пороги триггера Шмитта.  

 

при U2 = 0 

Uab = Ult = U1*g1 /(g1 + g2 + g3)

 

при U2 = +Usat

Uab = Uht = (U1*g1 + Usat*g3)/(g1 + g2 + g3)

 

Ult, Uht - нижнее и верхнее пороговые напряжения. Эти значения мы задаем. U1 и Usat - напряжение питания и насыщения соответственно. 

 

   Все, что теперь от нас требуется - решить эту систему из двух уравнений, задав значение одного из резисторов, например R3. Выполнить эти вычисления вручную несложно, но довольно муторно. Нужно выразить из первого уравнения g1, подставить это выражение во второе, выразить g2 через g3, а затем последовательно вычислить значения резисторов.

 

   Лично я предпочитаю использовать для расчета компаратора  Маткад. Он позволяет изменять любые параметры схемы и тут же  получать ответ. Это удобно, когда требуется подобрать значения резисторов соответствующих номинальному ряду, например Е24.

 

   Ниже приведен пример расчета компаратора на операционном усилителе. 

   Фактическое значение задается только для резистора R3, для резисторов R1 и R2 задаются только начальные значения. Сам маткадовский файл для расчета приведен в конце статьи.

 

 

   Несколько слов по поводу выбора номиналов резисторов. 

   Номиналы резисторов должны быть достаточно большими, чтобы не нагружать источник питания и выход операционного усилителя и достаточно маленькими, чтобы входное сопротивление реального операционного усилителя оказывало как можно меньшее влияние на наши расчеты. В схемах, которые мне доводилось применять, я обычно задавал сопротивление обратной связи от 10 до 100 кОм. Получаемые расчетные значения двух других резисторов были ~от 10 кОм до 2 МОм.

 

   Также не следует забывать, что все резисторы имеют разброс номинала и это в какой-то мере будет влиять на реальные значения пороговых напряжений.

 

   Ну вот собственно и все, что я хотел поведать по этой теме. Надеюсь материал пригодится начинающим электронщикам.  

как работает, на операционном усилителе, микросхема

Слово «компаратор» произошло от латинского «comparare» и в буквальном русском переводе означает «сравнивать». Он производится в разнообразных модификациях, которые востребованы современной электронной промышленностью. Самые простые конструкции для сравнения контролируемых данных обладают 2-мя входами аналогового типа и одним цифровым. Базу его функционирования обеспечивает дифференциальный каскад, имеющий мощные усилительные характеристики. Компаратор напряжения довольно востребованное устройство и используется в областях, связанных с измерениями либо которые используют превращение сигнала из аналогового в цифровой.

Что такое компаратор напряжения

Принцип функционирования компаратора напряжения (КН) можно сравнить с весами рычажного типа. Когда на одну чашу весов укладывается эталонная гиря, а на другую — измеряемый продукт. В то время, когда вес продукта будет одинаковым с массой контрольного веса, чаша с эталонным весом поднимается выше, после чего процесс взвешивания заканчивается.

Применение компараторов

В КН вместо гирь функционирует основное напряжение, а продукт заменяет входящий сигнал. Когда образуется логическая «1» на выходе компаратора, начинается процесс сопоставления значений напряжения. Для проверки такого прибора не потребуется выполнения трудозатратной схемы. Достаточно подключить выходной вольтметр, а на вводы — регулируемое напряжение. При смене входных параметров на вольтметре будет видима функциональность КН, параметры настройки задаются схемой.

Принцип работы компаратора

Самым простым прибором считается компаратор, который сопоставляет напряжение, поступающее на один из входов, с базовым показателем, присутствующим на ином входе. Примитивный компаратор напряжения на операционном усилителе (ОУ) — без обратной связи.

Принцип работы

КН выполнен в виде электронной схемы с 2-мя входящими напряжениями и может устанавливать большее значение. Просто выполнить модели КН из ОУ, так как полярность выходящей электроцепи операционного усилителя исходит от полярности разности показателей напряжения на 2-х входах.

Представим, что существует фотоэлемент, который производит 0.5 В под воздействием солнечного света, и необходимо применять данный фотоэлемент в роли измерителя для установления периода дневного освещения. В таких случаях лучший вариант — применять КН, чтобы сопоставить напряжение от фотоэлемента с контролируемым показателем 0.5 В.

В цепи КН, первоначальное опорное напряжение поступает на инвертирующем вводе (U -), после напряжение, которое будут сравнивать с опорным, поступает на неинвертирующий ввод. Выходное значение исключительно зависит от входного размера по отношению к опорному напряжению.

Схема компаратора

Схема компаратора:

  • Менее эталонного — отрицательный;
  • равноправный опорному — «0»;
  • более эталонного значения — положительный.

ОУ компаратора сравнивает один уровень аналогового напряжения с другим уровнем аналогового напряжения или каким-либо опорным напряжением, и выдает выходной сигнал на основе этого сравнения напряжения. Другими словами, компаратор напряжения ОУ сопоставляет данные 2-х входов и определяет наибольший, простота и эффективность этой схемы проверена на практике и реализована в многих бытовых приборах.

Положительная обратная связь

Компараторы напряжения либо используют положительную обратную связь, либо вообще не используют ее в режиме разомкнутого контура. Затем выходной сигнал КН подается полностью на его положительную шину питания + Ucc или на отрицательную шину питания —Ucc, при приложении переменного входного сигнала, который проходит некоторое предварительно установленное пороговое значение.

КН (-) обратной связью

Параметры прибора

На самом деле, прибор можно расценивать как простейший вольтметр. КН, подобно цифровому прибору, обладает рядом эксплуатационных качеств, подразделяемые на 2 разновидности: статические и динамические.

Параметры прибора

Первые обладают следующими характеристиками:

  • Максимальная чувствительность по отношению к пороговым размерам сигнала, которые КН устанавливает на входе и заменяет потенциал выхода устройства на логический «0» либо «1».
  • Размер смещения устанавливается передаточным фактором прибора в отношении установленного образцового положения.
  • Входной ток — предельное значение, способное протекать с использованием любого вывода, при этом, не нанеся повреждение прибору.
  • Выходной ток — размер тока, во время перехода измерителя в положение «1».
  • Разность токов — результат, определяемый при вычитании токовых данных.
  • Гистерезис — разница в уровнях входящего сигнала, которая приводит к изменению стабильного выходного состояния.
  • Коэффициент понижения сигнала рассчитывается по отношению к дифференциальному сигналу, которые приводят к смене варианта функционирования измерителя.
  • Наименьшая и наибольшая номинальная температура — интервал, в котором технологические характеристики прибора не будут изменяться.
Гистерезис компаратора

Обратите внимание! Все основные параметры КН изображаются в форме параметров переходного типа. Это диаграмма, где по оси Х обозначается время, а Y — напряжение в вольтах.

Как обозначается компаратор на схемах

На схемах компаратора и в электротехнических схемах графическое обозначение измерителя выполняется в форме треугольника, имеющего три выхода. Они обозначаются символами «+» и «-», соответствующих неинвертирующим/инвертирующим показателям, также представляется выходной маркирующий знак «Uout».

Обозначение на схемах

Когда (+) на входе микрочипа, степень сигнала станет больше, чем конкретно на инверсном ( — ), то на выводе будет образовываться устойчивое значение. Исходя из схемотехнической базы компаратора, это число имеет возможность принимать вариант логического «0» либо «1». В цифровых электронных устройствах за «12» принимается сигнал, степень напряжения которого имеет 5В, а за «0» установлено его отсутствие. Другими словами, положение выхода измерителя устанавливается как высокое либо низкое. Хотя обычно на практике за логический «0» принимают разность потенциалов до 2.7 В.

Где применяется компаратор напряжения

Часто КН применяют в градиентном реле — схема, которая реагирует на скорость изменения сигнала, например, фотореле. Такое устройство может использоваться в тех ситуациях, когда освещение меняется довольно стремительно. Например, в охранных установках либо датчиках контроля выпущенных изделий на конвейерах, где прибор станет реагировать на прерывание светового потока.

Еще одна часто используемая схема — датчик измерения температуры и изменения «аналогового» сигнала в «электронный». Оба измерителя преобразовывают амплитуду входящего сигнала в ширину выходящего импульса. Такое превращение довольно часто применяется в разнообразных цифровых схемах. Преимущественно, в измерительных устройствах, блоках питания импульсного типа, электронных усилителях.

Конструкция компаратора

КН нашли обширную область применения в радиоэлектронике разнообразной направленности. В магазинах радиотоваров можно увидеть огромное количество разнообразных микросхем. Но особенно часто применяемыми микросхемами у пользователей считаются:

  • LM No 339;
  • LM No 311;
  • MAX No 934;
  • К554СА3.

Они легкодоступны в торговой сети и имеют довольно бюджетную цену. Такие КН выделяются обширным спектром входных параметров. К выходу КН способна присоединяться разнообразная токовая нагрузка, как правило, не превосходящая 50.0 мА. Это могут быть микрореле, варистор, световой диод, оптрон либо абсолютно разные исполнительные модули, однако с предельными по току компонентами.

Фотореле контроля

Подобное реле выпускается методом навесного монтажа. Его применяют в охранных контролирующих системах либо для контролирования степени света. Входящее напряжение попадает на делитель R1 и фотодиод VD3. Их объединенная точка сочетания использует ограничивающие диоды VD1/ VD2, подключенные к входам DA1. В итоге входящая разность потенциалов КН будет отсутствовать, а следовательно, и восприимчивость измерителя станет максимальной.

Фотореле

Чтобы выходящий сигнал смог инвертироваться, потребуется обеспечить входную разницу в 1 мВ. По той причине, что к входу подсоединены С1 и сопротивление R1, размер U на нем станет увеличиваться с незначительной задержкой, равноправной периоду заряда С1.

Зарядный блок

Такой блок питания принимается функционировать непосредственно после сборки. Его базовые опции сводятся к установлению рабочего зарядного тока и порогов, по которым срабатывает КН. При подключении прибора зажигается световой диод, позиционирующий подачу напряжения. На протяжении процесса зарядки обязан непрерывно гореть алый световой диод, который погаснет после того, как аккумуляторная батарея будет полностью заряжена

Зарядный блок

Подводимое напряжение от питающего блока настраивается R2, а зарядный ток устанавливается с применением R4. Наладка выполняется с применением сопротивления на 160 Ом, подключающегося в параллель к контактам, которые держат батарейку. Транзистор VT1 размещается на радиаторе, взамен его можно применять КТ814Б. Подобную схему надо будет комплектовать на плате с размером не более 50×50 мм.

Кварцевый генератор

Этот генератор ортогональных импульсов выполняется с использованием российского компаратора K544C3, функционирующего на тактовой гармонике 32.768 Гц. Схема станет рабочей в спектре входящего напряжения 7-11В с частотой установленной кварцем ZQ1. Тем не менее, для эксплуатации такого девайса сверх 50.0 кГц потребуется понизить значение R5-R6.

Генератор

При замыкании другого вывода с 0-проводом КН становится подсоединённым по варианту с незакрытым коллектором, а R7 становится нагрузкой. Подстраивание частотности производится совместно, с применением C1. С применением R4 выполняется автозапуск генератора. Меняя значение R2, изменяется импульсная характеристика.

Дополнительная информация! Выбирая конденсаторы С1 или С2, генератор сможет применяться в виде бесконтактного жидкостного датчика. В роли детектора для этой цели потребуется применять микроконтроллер с ПО. Однако возможно использовать и ещё дополнительно компаратор, который станет фиксировать деформации напряжения.

Отсюда следует, что компаратор способен предназначать действия по уровням значений на собственных вводах. Когда они отличаются, то, исходя от дельты U, выход прибора меняет качественное положение. Именно такие их качества используют создатели, разрабатывая самые разные электроприборы с операционным усилителем.

Op Amp Comparator Circuit »Электроника Примечания

Схема компаратора очень полезна для сравнения двух напряжений и определения большего или меньшего - это может быть использовано для обнаружения, когда напряжение поднялось выше определенной точки.


Руководство по операционному усилителю включает в себя:
Введение Сводка схем Инвертирующий усилитель Суммирующий усилитель Неинвертирующий усилитель Усилитель с переменным усилением Фильтр высоких частот Активный фильтр низких частот Полосовой фильтр Режекторный фильтр компаратор Триггер Шмитта мультивибратор бистабильный интегратора дифференциатор Мостовой осциллятор Генератор сдвига фаз


Цепи, которые сравнивают два напряжения и дают цифровой выход, зависящий от сравнения двух напряжений, часто используются в конструкции электронных схем.

Для схемы компаратора необходим усилитель с высоким коэффициентом усиления, чтобы даже небольшие изменения на входе приводили к резкому переключению уровня выходного сигнала.

Операционные усилители используются во многих схемах электронных схем, но специальные микросхемы компаратора обеспечивают гораздо лучшую производительность.

Компаратор приложений

Существует очень много применений схем компаратора в конструкции электронных схем.

Часто необходимо иметь возможность определять определенное напряжение и переключать цепь в соответствии с обнаруженным напряжением.

Одним из примеров может быть использование в цепи измерения температуры. Это может привести к переменному напряжению в зависимости от температуры. Может быть необходимо включить нагрев, когда температура падает ниже заданной точки, и это может быть достигнуто с помощью компаратора, чтобы определить, когда напряжение, пропорциональное температуре, упало ниже определенного значения.

Для этих и многих других целей может использоваться схема, известная как компаратор.

Что такое компаратор?

Как следует из названия компаратора, эти электронные компоненты и схемы используются для сравнения двух напряжений.

Когда один из них выше другого, выход схемы компаратора находится в одном состоянии, а когда условия входа меняются местами, выход компаратора переключается в другое состояние.

Компаратор состоит из усилителя с высоким коэффициентом усиления, который имеет дифференциальный вход - один инвертирующий вход и один неинвертирующий вход.

В условиях эксплуатации компаратор переключается между высоким и низким в зависимости от состояния входов. Если неинвертирующий вход выше инвертирующего, то выход высокий.Если неинвертирующий вход ниже инвертирующего, то выход высокий.

Summary of te operation of a comparator Краткое изложение работы компаратора

Компараторы и операционные усилители

Несмотря на то, что операционный усилитель легко использовать в качестве компаратора, особенно если его легко использовать, если у микросхемы, содержащей несколько операционных усилителей, есть один запасной. Однако не всегда целесообразно применять этот подход. Операционный усилитель может не всегда работать правильно или не давать оптимальной производительности.Тем не менее, когда приложение не требует, всегда хочется использовать эти электронные компоненты, потому что они уже могут быть доступны.

Производительность микросхем компаратора и операционных усилителей во многом отличается:

  • Фиксация операционного усилителя: В некоторых условиях, особенно когда операционный усилитель работает жестко, возможно его фиксация, т. Е. Даже при изменении входного сигнала выход остается неизменным. Компараторы предназначены для работы в этом режиме и никогда не должны блокироваться.

    Это одна из ключевых областей, где использование компаратора, а не операционного усилителя, может быть явным преимуществом.

  • Работа в разомкнутом контуре: Операционные усилители предназначены для использования в режиме замкнутого контура, и их схема оптимизирована для этого типа сценария. Их работа не характеризуется в режиме разомкнутого контура.

  • Цифровой по сравнению с аналоговым: Операционные усилители являются важными аналоговыми компонентами, и их внутренняя схема предназначена для работы в этом регионе.Компараторы предназначены для работы в качестве логической функции, то есть в цифровом режиме.

    Это означает, что операционные усилители лучше всего работают, когда они работают в аналоговом режиме с выходом, не выходящим за рельсы, тогда как компараторы не так хороши в работе в линейном режиме и намного лучше работают с логическими уровнями.

  • Выходные каскады: Выходные каскады операционных усилителей и компараторов очень разные.Обычно операционные усилители имеют линейный выход, часто работающий в режиме дополнительной симметрии, чтобы обеспечить оптимальные линейные характеристики для выхода.

    Компараторы

    часто имеют выход с открытым коллектором, подходящий для подключения к цифровым интерфейсам. Они предназначены для взаимодействия с логическими схемами, обеспечивая логический вход для сравнения аналоговых напряжений.

    Comparison of the op amp and comparator output circuitry showing the open collector output of a comparator chip Сравнение схем выхода ОУ и компаратора
  • Время отклика: Компараторы оптимизированы для обеспечения очень быстрого отклика и времени переключения.Скорость нарастания скорости быстрая и обеспечивает оптимальную производительность.

    Операционные усилители не оптимизированы для этих характеристик. Они, как правило, гораздо медленнее электронных компонентов, оптимизированных для линейной работы, а не для скорости.

  • Выходное напряжение и напряжение насыщения: Компараторы, как правило, могут работать в небольших пределах от напряжений шины. Это требуется для хорошего переключения логических схем. Операционные усилители не смогут жестко подойти к рельсам, так как они имеют определенное напряжение насыщения - это может привести к плохому переключению логических схем.

Ввиду этих факторов всегда предпочтительнее использовать микросхему компаратора, где предусматривается работа такого типа.

Операционный усилитель-компаратор

Можно использовать операционный усилитель в качестве компаратора, поскольку он удовлетворяет основным требованиям для функции.

При работе операционный усилитель переходит в положительное или отрицательное насыщение в зависимости от входных напряжений. Поскольку усиление операционного усилителя, как правило, превышает 100 000, выходной сигнал будет насыщаться, когда входные сигналы находятся на расстоянии лишь нескольких милливольт.

Хотя операционные усилители широко используются в качестве компаратора, специальные микросхемы компаратора гораздо лучше.

Эти специальные микросхемы компаратора предлагают очень быстрое время переключения, значительно превышающее время, предлагаемое большинством операционных усилителей, предназначенных для более линейных применений. Типичные скорости нарастания находятся в диапазоне нескольких тысяч вольт в микросекунду, хотя чаще приводятся цифры задержки распространения.

Типичная схема компаратора будет иметь один из входов, удерживаемых при заданном напряжении.Часто это может быть потенциальным делителем от источника поставки или справочного источника. Другой вход берется в точку, которая будет воспринята.

Operational amplifier comparator Схема для базового операционного усилителя-компаратора

На этой диаграмме напряжение переключения создается делителем потенциала, состоящим из R1 и R2. Это устанавливает напряжение на одном входе компаратора - в этом случае инвертирующий вход. Неинвертирующий вход этой цепи подключен к точке, требующей измерения. Когда напряжение на этой точке поднимается выше опорного напряжения на выходе компаратора будет идти высоко, и когда он падает ниже опорного напряжения на выходе будет низким.

Обычно компаратор будет приводиться от тех же шин напряжения, что и системы. Для логики 5 В компаратор обычно приводится в действие от шины 5 В.

Операционный усилитель примечания компаратора

При использовании схем компаратора необходимо помнить несколько моментов. Существуют некоторые различия между цепями нормального операционного усилителя и цепями компаратора, которые необходимо учитывать при проектировании любых электронных схем.
  • Убедитесь, что дифференциальный вход не превышен: Поскольку отсутствует обратная связь, два входа в цепь будут иметь разные напряжения.Соответственно, необходимо убедиться, что максимальный дифференциальный вход не превышен. Все возможности состояния схемы должны быть рассмотрены на этапе проектирования электронных схем.
  • Изменение входного тока: Снова из-за отсутствия обратной связи изменится нагрузка, представляемая компаратором для источника. В частности, при изменении схемы произойдет небольшое увеличение входного тока. Для большинства цепей это не будет проблемой, но если сопротивление источника высокое, это может привести к нескольким необычным реакциям.Это следует учитывать при проектировании электронных схем.
  • Шум входного сигнала: Основная проблема этой схемы заключается в том, что при новой точке переключения, даже при небольшом уровне шума, выход переключается назад и вперед. Таким образом, вблизи точки переключения может быть несколько переходов на выходе, и это может вызвать проблемы в других частях схемы. Решением этого является использование триггера Шмитта.
  • Если требуется функция компаратора, лучше всего использовать микросхему компаратора: Если требуется функция компаратора, всегда предпочтительнее использовать микросхему компаратора, если это вообще возможно.Если один из этих электронных компонентов недоступен и необходимо использовать операционный усилитель, будьте осторожны, чтобы не перегрузить вход, чтобы произошла фиксация.

Использование чипа компаратора

Когда требуется схема компаратора, всегда лучше выбрать конкретную микросхему компаратора в качестве основы схемы.

Микросхемы

Comparator намного лучше справляются с переключением между двумя значениями и могут часто иметь выходные каскады, которые могут легче взаимодействовать с логикой, чем аналоговые операционные усилители.

С точки зрения работы базовой цепи основное отличие состоит в том, что большинство компараторов имеют выход с открытым коллектором и требуют внешнего подтягивающего резистора или другой цепи.

Операционные усилители очень дешевы и широко доступны. Компараторы не так дешевы и не так свободно доступны, так как эти электронные компоненты, как правило, используются немного реже и могут быть немного дороже, но не очень. Там не должно быть никаких проблем с их использованием.

Больше схем и схемотехники:
Основы операционного усилителя Операционные усилители Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтон Транзисторные схемы Полевые схемы Схема символов
Возврат в меню схемы., ,

.

Работа схемы компаратора OP-Amp и ее применение

Как правило, в электронике компаратор используется для сравнения двух напряжений или токов, которые подаются на два входа компаратора. Это означает, что он принимает два входных напряжения, затем сравнивает их и выдает дифференциальное выходное напряжение либо высокого, либо низкого уровня сигнала. Компаратор используется для измерения, когда произвольный входной сигнал достигает Варьирование уровня опорного или определенный пороговый уровень. Компаратор может быть разработан с использованием различных компонентов, таких как диоды, транзисторы, операционные усилители.Компараторы можно найти во многих электронных приложениях, которые могут использоваться для управления логическими цепями.

Comparator Symbol Comparator Symbol Символ компаратора

Операционный усилитель как компаратор

Если мы внимательно посмотрим на символ компаратора, мы распознаем его как символ Операционный усилитель (операционный усилитель), так что этот компаратор отличается от операционного усилителя; Операционный усилитель предназначен для приема аналоговых сигналов и вывода аналогового сигнала, тогда как компаратор выдаст выход только в виде цифрового сигнала; хотя в качестве компараторов можно использовать обычный операционный усилитель (операционные усилители, такие как LM324, LM358 и LM741, нельзя использовать непосредственно в схемах компаратора напряжения.

Операционные усилители

часто можно использовать в качестве компараторов напряжения, если к выходу усилителя добавлен диод или транзистор), но реальный компаратор разработан с более быстрым временем переключения по сравнению с многофункциональными операционными усилителями. Поэтому можно сказать, что компаратор - это модифицированная версия операционных усилителей, специально разработанная для обеспечения цифрового выхода.

Comparison of Op-amp and Comparator Output circuitry Comparison of Op-amp and Comparator Output circuitry Сравнение выходной схемы операционного усилителя и компаратора

Принципиальная схема компаратора

Схема компаратора работает, просто беря два аналоговых входных сигнала, сравнивая их, а затем вырабатывая логический выходной сигнал «1» или «0».

Non inverting Comparator Circuit Non inverting Comparator Circuit Неинвертирующая схема компаратора

Подавая аналоговый сигнал на вход компаратора +, называемый «неинвертирующий», и - на вход, называемый «инвертирующий», схема компаратора будет сравнивать эти два аналоговых сигнала, если аналоговый вход на неинвертирующем входе больше, чем аналоговый вход при инвертировании, тогда выход будет качаться до логического максимума, и это заставит транзистор с открытым коллектором Q8 на эквивалентной схеме LM339 выше включить. Когда аналоговый вход на неинвертирующем входе меньше аналогового входа на инвертирующем входе, выход компаратора переключается на логический низкий уровень.

Это отключит транзистор Q8. Как мы видели из изображения эквивалентной схемы LM339 выше, LM339 использует транзистор с открытым коллектором Q8 на своем выходе, поэтому мы должны использовать «подтягивающий» резистор, который подключен к проводу коллектора Q8 с Vcc, чтобы заставить этот транзистор Q8 работать. Согласно спецификации LM339, максимальный ток, который может протекать на этом транзисторе Q8 (выходной ток стока), составляет около 18 мА. V- можно рассчитать следующим образом.

PCBWay PCBWay

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

Неинвертирующий вход компаратора подключен к потенциометру 10 К, который также формирует схему делителя напряжения, где мы можем регулировать стартовое напряжение V + от Vcc до 0 Вольт. Во-первых, когда V + равно Vcc, выход компаратора переходит на логический максимум (Vout = Vcc), потому что V + больше, чем V-.

Это отключит транзистор Q8 и светодиод погаснет. Когда напряжение V + падает ниже V- вольт, выход компаратора переключится на логический низкий уровень (Vout = GND), и это включит транзистор Q8, и светодиод включится.

PCBWay PCBWay

путем замены аналогового входа; делитель напряжения R1 и R2, подключенный к неинвертирующему входу (V +), и потенциометр, подключенный к инвертирующему входу (V-), мы получим противоположный выходной результат.

Inverting Comparator Circuit Inverting Comparator Circuit Инвертирующая схема компаратора

Опять же, используя принцип делителя напряжения, напряжение на неинвертирующем входе (V +) составляет около V-, поэтому, если мы начнем инвертировать входное напряжение (V-) с Vcc вольт, V + будет ниже, чем V-, это сделает транзистор Q8 включенным, выход компаратора переместится на логический низкий уровень.Когда мы регулируем V- внизу V +. Затем транзистор Q8 выключится, выход компаратора будет иметь логический высокий уровень, поскольку значение V + больше V-, а светодиод погаснет.

Inverting Comparator Circuit Inverting Comparator Circuit

Применение компаратора в схемах практической электроники

Система контроля влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием Arduino

Система контроля влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием проекта Arduino предназначена для разработки Автоматическая система полива, которая может управлять переключением (включением / выключением) двигателя насоса в зависимости от содержания влаги в почве.

The Humidity Monitoring System The Humidity Monitoring System Система контроля влажности

Датчик влажности определяет влажность почвы, и на плату Arduino подается соответствующий сигнал. Компаратор сравнивает сигналы уровня влажности с предварительно заданным опорным сигналом. Затем он отправит сигнал на микроконтроллер. На основании сигнала, полученного от измерительного устройства и сигнала компаратора, будет работать водяной насос. ЖК-дисплей используется для отображения состояния влажности почвы и водяного насоса.

Цепь датчика сердцебиения

System Implementation of the Heartrate Monitor chip System Implementation of the Heartrate Monitor chip Внедрение в систему микросхемы монитора сердечного ритма Датчик сердцебиения

HRM-2511E имеет 4 операционных усилителя. Четвертый операционный усилитель используется в качестве компаратора напряжения. ППГ аналоговый сигнал подается на положительный вход и отрицательный вход привязан к опорному напряжению (VR). Величина VR может быть установлена ​​в любом месте от 0 до Vcc с помощью потенциометра P2 (показано выше). Каждый раз, когда пульсовая волна PPG превышает пороговое напряжение VR, выход компаратора повышается.Таким образом, эта схема обеспечивает выходной цифровой импульс, который синхронизируется с сердцебиением. Ширина импульса также определяется пороговым напряжением VR.

Схема дымовой сигнализации

Smoke Alarm Circuit Smoke Alarm Circuit Схема дымовой сигнализации

Фотодиоды излучают свет, который обнаруживается фототранзисторами Q1 и Q2. Верхняя область герметична и, таким образом, рабочая точка транзистора Q1 не изменяется. Эта рабочая точка используется в качестве эталона для компаратора. Когда дым попадает в нижнюю область, рабочая точка фототранзистора Q2 изменяется, что приводит к изменению напряжения Vin от базового (без дыма) значения Vin (no_smoke).Когда интенсивность света в основании фототранзистора уменьшается из-за дыма, попадающего в область, ток базы уменьшается, и напряжение Vin будет увеличиваться от значения Vin базы (без дыма) Vin (no_smoke). Когда напряжение Vin пересекает Vref, выход компаратора переключается с VL на VH, вызывая сигнал тревоги.

Я надеюсь, что, прочитав эту статью, вы получили некоторые основы и работаете над компаратором. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о проектах электроники и электрики за последний год, пожалуйста, не стесняйтесь комментировать в разделе ниже.Вот вам вопрос: знаете ли вы какие-либо приложения для встраиваемых систем, в которых операционный усилитель используется в качестве схемы сравнения?

операционный усилитель в качестве компаратора [Analog Devices Wiki]

Цель:

В этой лабораторной работе мы представляем операционный усилитель (операционный усилитель) в конфигурации режима переключения, получая поведение компаратора напряжения операционного усилителя. Цепь компаратора напряжения предназначена для выделения через два разных состояния выходного напряжения, относительного состояния двух входных напряжений. Сравнение выполняется с использованием знака разности между двумя входными напряжениями, в то время как отклик является одним из двух возможных выходных значений, зависящих от знака этой конкретной разности.

Фон:

ОУ в качестве «компаратора»:

Рассмотрим операционный усилитель, используемый для усиления сигнала без обратной связи, как показано на рисунке 1а. Поскольку обратная связь не используется, входной сигнал усиливается полным усилением без обратной связи операционного усилителя. Даже очень маленькое входное напряжение (меньше, чем милливольт с каждой стороны от Vth) будет достаточно для подведения выходного сигнала к минимальному или максимальному выходному напряжению, как показано на графиках Vin и Vout. Таким образом, в этом случае, поскольку вход операционного усилителя подключен к Vth, выход представляет знак Vin («0», если Vin Vth) 1, и схема похожа на единицу. аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и функционирует как компаратор напряжения.

Рисунок 1а, операционный усилитель, используемый в качестве компаратора

Операционные усилители и компараторы на первый взгляд могут показаться взаимозаменяемыми на основании их символов и распиновки. Аналоговые комплекты комплектуются различными операционными усилителями и быстродействующим компаратором напряжения AD8561, который использовался в других видах деятельности. Некоторые дизайнеры могут испытывать желание использовать или заменять готовые операционные усилители в качестве компараторов напряжения в своих проектах. Однако есть очень важные различия.Компараторы предназначены для работы без отрицательной обратной связи или без обратной связи, они обычно предназначены для управления цифровыми логическими цепями со своих выходов и предназначены для работы на высокой скорости с минимальной нестабильностью. Операционные усилители обычно не предназначены для использования в качестве компараторов, их входные структуры могут насыщаться при перегрузке, что может привести к сравнительно медленной реакции. Многие из них имеют входные каскады, которые ведут себя неожиданным образом при работе с большими дифференциальными напряжениями или за пределами указанного диапазона синфазного режима.Фактически, во многих случаях диапазон дифференциального входного напряжения операционного усилителя ограничен или ограничен, чтобы предотвратить повреждение устройств входного каскада.

Предупреждение. Использование операционных усилителей со встроенными входными зажимами в качестве компаратора напряжения может привести к повреждению ИС!

Тем не менее, многие дизайнеры все еще пытаются использовать операционные усилители в качестве компараторов. Хотя это может работать в некоторых случаях при низких скоростях и низких разрешениях, во многих случаях результаты не являются удовлетворительными. Не все проблемы, связанные с использованием операционного усилителя в качестве компаратора, могут быть решены с помощью таблицы технических характеристик операционного усилителя, поскольку операционные усилители не предназначены для использования в качестве компараторов.

Наиболее распространенными проблемами являются скорость (как мы уже упоминали), влияние входных структур (защитные диоды, инверсия фазы в усилителях FET, таких как ADTL082 и многие другие), выходные структуры, которые не предназначены для управления логикой, гистерезис и стабильность и синфазные эффекты.

Для компаратора ОУ мы можем рассматривать один вход v D как разность между v + и v - . Следовательно, выходное напряжение В O может получить одно из двух возможных значений:

  • V O = V OH (высокий), что означает, что v + > v - (v D > 0)
  • В O = В OL (Низкий), что означает, что v + - (v D

Мы рассматриваем пороговое напряжение В Th как конкретное значение / значения входного напряжения v I , для которого происходит переключение на выходе.(настройка v D = 0).

Рассмотрим два основных типа компараторов напряжения:

Материалы:

Модуль активного обучения ADALM2000
Макет без пайки и комплект перемычек
3 Резистор 10 кОм
Резистор 20 кОм
1 OP97 (Усилитель с низкой скоростью нарастания, поставляемый с последними версиями комплекта аналоговых деталей ADALP2000)

Простой Компаратор

Фон:

Высокий внутренний коэффициент усиления операционного усилителя и эффекты насыщения на выходе могут быть использованы путем настройки операционного усилителя в качестве компаратора, как показано на рисунке 1.По сути, это схема принятия решения в двоичном состоянии: если напряжение на клемме «+» больше, чем напряжение на клемме «-», Vin> Vref, выход становится «высоким» (насыщается при своем максимальном значении) , И наоборот, если Vin

Рисунок 1 операционный усилитель в качестве компаратора

Настройка оборудования:

Компараторы используются по-разному, и в следующих разделах мы увидим их в действии в нескольких лабораториях. Здесь мы будем использовать компаратор в общей конфигурации, которая генерирует прямоугольную волну с переменной шириной импульса:

Начните с отключения источников питания и соберите схему. Как и в случае ранее суммирующей схемы усилителя, используйте выход второго генератора сигналов для источника постоянного тока Vref и поверните амплитуду до нуля, а выходное смещение до упора так, чтобы вы могли настраиваться с нуля во время эксперимента.

Снова сконфигурируйте генератор сигнала Vin для амплитуды амплитуды 2 В от пика к пику синусоидального сигнала на частоте 1 кГц . При включенном источнике питания и Vref при нулевом напряжении экспортируйте выходной сигнал.

Теперь медленно увеличивайте Vref и наблюдайте, что происходит. Запишите выходной сигнал для Vref = 1V. Продолжайте увеличивать Vref, пока он не превысит 2 В, и понаблюдайте, что происходит. Вы можете это объяснить?

Повторите вышеупомянутое для треугольной формы входного сигнала и запишите свои наблюдения для своего лабораторного отчета.

Рисунок 2. Схема компаратора

Процедура:

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin для обеспечения амплитуды 2 В от пика до пика, 1 кГц, синусоидального возбуждения в цепи. Подайте на операционный усилитель напряжение +/- 5 В от источника питания. Настройте область так, чтобы входной сигнал отображался на канале 1, а выходной сигнал - на канале 2.

Пример сюжета представлен на рисунке 3.

Рисунок 3Форма волны компаратора

гистерезисный компаратор

Гистерезис - это зависимость текущего состояния системы от предыдущих значений определяющих его величин. Выходное значение не является строгой функцией соответствующего входа, но также включает некоторую задержку, задержку или зависимость от истории. В частности, ответ на уменьшение входной переменной отличается от ответа на увеличение входной переменной.

В этой конфигурации есть два пороговых значения В ThH и В ThL с двумя выходными значениями В OH и В OL .Пороговые значения должны зависеть от выходного значения, которое возвращается на вход и вносит вклад в пороговые значения (положительная обратная связь). Через резистивный делитель часть выходного напряжения подается обратно на неинвертирующий вход.

При анализе компараторов гистерезиса мы должны учитывать направление движения гистерезиса и тот факт, что в определенный момент активен только один порог.

Входной сигнал запускает переключение выхода, процесс переключения поддерживается положительной обратной связью.

неинвертирующий гистерезисный компаратор

Фон:

Рассмотрим схему, представленную на рисунке 4.

Рисунок 4 Неинвертирующий гистерезисный компаратор

Для схемы неинвертирующего гистерезисного компаратора на рисунке 4 Vin применяется к неинвертирующему входу операционного усилителя. Резисторы R1 и R2 образуют сеть делителя напряжения на компараторе, обеспечивающую положительную обратную связь, при этом часть выходного напряжения появляется на неинвертирующем входе вместе с Vin через тот же резистивный делитель.

Величина обратной связи определяется соотношением сопротивлений двух используемых резисторов (в данной конкретной ситуации соотношение будет).

Мы можем вычислить пороговые напряжения следующим образом:

Рассматривая v D = 0, v в V Th , мы получаем следующие пороговые значения:

Настройка оборудования:

Постройте следующую схему для неинвертирующего гистерезисного компаратора.

Рисунок 5. Цепная схема неинвертирующего гистерезисного компаратора

Процедура:

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin, чтобы обеспечить амплитуду 6 В от максимума до амплитуды, 1 кГц, синусоидального возбуждения в цепи. Подайте на операционный усилитель напряжение +/- 5 В от источника питания. Настройте область так, чтобы входной сигнал отображался на канале 1, а выходной сигнал - на канале 2.

Пример сюжета представлен на рисунке 6.

V_ThH = -(R_1/R_2)V_OL

Рисунок 6. Неинвертирующий гистерезисный компаратор Форма волны

Рисунок 7. График XY неинвертирующего гистерезисного компаратора

На рисунке 7. вы можете наблюдать характеристики передачи напряжения неинвертирующего гистерезисного компаратора (нарисованные стрелки показывают поток сигнала относительно пороговых значений).

Инвертирующий гистерезисный компаратор

Фон:

Рассмотрим схему, представленную на рисунке 8.

Рисунок 8. Инвертирующий гистерезисный компаратор

Для схемы компаратора инвертирующего гистерезиса на рисунке 8 Vin подается на инвертирующий вход операционного усилителя. Резисторы R1 и R2 образуют сеть делителя напряжения на компараторе, обеспечивающую положительную обратную связь, при этом часть выходного напряжения появляется на неинвертирующем входе.

Величина обратной связи определяется соотношением сопротивлений двух используемых резисторов (в данной конкретной ситуации соотношение будет).

Мы можем вычислить пороговые напряжения следующим образом:

Рассматривая v D = 0, v в V Th , мы получаем следующие пороговые значения:

Настройка оборудования:

Постройте следующую схему для инвертора гистерезиса.

Рисунок 9. Схема инвертирующего гистерезиса компаратора

Процедура:

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin, чтобы обеспечить амплитуду 6 В от максимума до амплитуды, 1 кГц, синусоидального возбуждения в цепи.Подайте на операционный усилитель напряжение +/- 5 В от источника питания. Настройте область так, чтобы входной сигнал отображался на канале 1, а выходной сигнал - на канале 2.

Пример графика представлен на рисунке 10.

V_ThH = (R_1/(R_1+R_2))V_OH

Рисунок 10. Инвертирующий гистерезисный компаратор Waveform

Рисунок 11. Инвертирующий гистерезис компаратора XY-график

На рисунке 11. вы можете наблюдать характеристику передачи напряжения неинвертирующего гистерезисного компаратора (нарисованные стрелки указывают поток сигнала относительно пороговых значений).

Инвертирующий компаратор гистерезиса с асимметричными порогами

Фон:

Рассмотрим схему, представленную на рисунке 12.

Рисунок 12. Инвертирующий гистерезисный компаратор с асимметричными порогами

Для инвертирующего компаратора с асимметричными пороги схемы на рисунке 12, дополнительное опорное напряжение Vref используется. Резисторы R1 и R2 образуют сеть делителя напряжения на компараторе, обеспечивающую положительную обратную связь, при этом часть выходного напряжения появляется на неинвертирующем входе, а часть Vref проходит через тот же делитель.

Мы можем вычислить пороговые напряжения следующим образом:

Рассматривая v D = 0, v в V Th , мы получаем следующие пороговые значения:

Настройка оборудования:

Постройте следующую схему для инвертора гистерезиса.

Рисунок 13. Инвертирующий компаратор гистерезиса с асимметричными порогами

Процедура:

Используйте первый генератор сигнала в качестве источника Vin, чтобы обеспечить пик-пик амплитуды 6V, 1 кГц синусоидальной волны возбуждения на схему и второй генератор сигнала в качестве опорного напряжения постоянной 1V.Подайте на операционный усилитель напряжение +/- 5 В от источника питания. Настройте область так, чтобы входной сигнал отображался на канале 1, а выходной сигнал - на канале 2.

Пример сюжета представлен на рисунке 14.

V_ThH = (R_1/(R_1+R_2))V_OH + (R_2/(R_1+R_2))v_Ref

Рисунок 14. Инвертирующий гистерезисный компаратор с асимметричными порогами формы волны

Рисунок 15. Инвертирующий гистерезисный компаратор с асимметричными порогами XY графика

На рисунке 15. вы можете наблюдать характеристику передачи напряжения неинвертирующего гистерезисного компаратора (нарисованные стрелки указывают поток сигнала относительно пороговых значений).

Вопросы

  1. Вычислите пороговые напряжения для всех четырех установок компаратора (простой неинвертирующий гистерезис, инвертирующий гистерезис, асимметричные пороги) и сравните результаты с результатами, полученными из экспериментальных установок.

Для экспериментаторов, которые рано заканчивают работу или хотят получить дополнительные испытания, посмотрите, можете ли вы изменить схему компаратора, используя красный и зеленый светодиоды (из последней лабораторной работы) на выходе, чтобы красный светодиод загорался для отрицательных напряжений, а зеленый светодиод - для положительных напряжений.Уменьшите частоту до 1 Гц (или меньше), чтобы вы могли видеть их включение и выключение в режиме реального времени. Не забывайте, что для светодиодов потребуется резистор для ограничения тока, чтобы ток через него не превышал 20 мА.

Вы также можете распространить приведенный выше пример на схему с несколькими уровнями напряжения, как показано на рисунке 16.

Рисунок 16. Индикатор уровня напряжения с использованием светодиодов

Материалы:

Модуль активного обучения ADALM2000
Макет без пайки и комплект перемычек
3 Резистор 470 Ом
Резистор 10 кОм
Резистор 20 кОм
3 Светодиод (красный, зеленый, желтый)
1 ADTL082 (2 встроенных операционных усилителя)

В схеме используется делитель (R 1 , R 2 , R 3 ) для получения одного порогового значения для каждого из двух компараторов.На основании этих порогов и входного напряжения одновременно будет гореть один светодиод (D 1 , D 2 , D 3 ).

Упражнения:

1. Рассчитайте пороговые напряжения в соответствии со схемой на рисунке 16. Определите для каждого диапазона входного напряжения, какой светодиод будет гореть.

2. Постройте схему макета. Подайте на операционный усилитель напряжение +/- 5 В от источника питания. Используйте первый канал генератора сигналов для генерации переменного входного напряжения ( В, , в ) и второй канал для генерации постоянного напряжения 5 В.

Рисунок 17. Индикатор уровня напряжения с использованием светодиодов

Изменяйте входное напряжение от 0 до 5 В и следите за поведением светодиодов.

Этот тип схемы также известен как оконный компаратор. Приложение по этому вопросу можно найти в упражнении «Контроль температуры с помощью Window Comparator».

Дальнейшее чтение

Некоторые дополнительные ресурсы по операционным усилителям в качестве компараторов:

Вернуться в Лабораторное задание Содержание

университет / курсы / электроника / электроника-лаборатория-операционный компаратор.txt · Последнее изменение: 25 июня 2020 г. 22:07 (внешнее редактирование)

.
операционные усилители / схемы компаратора | Основы электроники

Конфигурация операционных усилителей

Конфигурация внутренней цепи стандартного операционного усилителя показана ниже.
Обычно операционные усилители делятся на 3 этапа: вход, усиление и выход.

Входной каскад включает в себя дифференциальный усилитель, который усиливает дифференциальное напряжение между двумя входными контактами, в то время как компонент синфазного сигнала (одинаковое напряжение, подаваемое на оба контакта без разности потенциалов между ними) работает для противодействия без усиления.

Поскольку усиление, использующее только схему дифференциального усилителя, является недостаточным, коэффициент усиления разомкнутого тока операционного усилителя увеличивается на ступени усиления. Как правило, емкостная компенсация фазы подключается между ступенью усиления, чтобы предотвратить внутренние колебания.

Выходной каскад подключен в качестве буфера для предотвращения изменений характеристик операционного усилителя на основе эффектов нагрузки (то есть сопротивления, подключенного к выходному выводу).
Изменения выходных характеристик на основе нагрузки (искажения, падение напряжения) в значительной степени зависят от конфигурации цепи и пропускной способности тока.

Существует несколько различных типов выходных каскадов, классифицированных по величине тока возбуждения, который течет в выходную цепь (различные напряжения смещения): класс A, класс B, класс C и класс AB.

Как правило, различные типы сортируются в соответствии с наименьшим количеством искажений:
Класс A, Класс AB, Класс B, Класс C и т. Д.

Конфигурация компаратора

Конфигурация схемы стандартного компаратора показана ниже. Он такой же, как операционный усилитель, но поскольку компараторы не используются для настройки отрицательной обратной связи, емкость компенсации фазы для предотвращения колебаний не встроена.

Поскольку емкостная компенсация фазы ограничивает рабочую скорость между входами и выходами, время отклика значительно быстрее, чем операционные усилители. Конфигурацию выходной цепи компараторов можно разделить на два типа: открытый коллектор (открытый сток) и двухтактный.

Эквивалентная схема BA10393 показана ниже. Выходная цепь имеет открытый тип коллектора.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о