Komparator Schaltung

Op-amp Tutorial Enthält:
Einführung Schaltungen zusammenfassung Inverting verstärker Summieren verstärker Nicht-inverting verstärker Variable gain verstärker High pass aktive filter Low pass aktive filter Bandpass filter Kerbe filter Komparator Schmitt trigger Multivibrator Bistabile Integrator Differentiator Wien brücke oszillator Phase shift oszillator

Schaltungen, die vergleichen zwei spannungen und geben eine digitale ausgang abhängig von der vergleich der zwei spannungen sind oft verwendet innerhalb elektronische schaltung design.

Für eine Komparatorschaltung wird ein Verstärker mit hoher Verstärkung benötigt, so dass bereits kleine Änderungen am Eingang zu einem Umschalten des Ausgangspegels führen.Operationsverstärker werden in vielen elektronischen Schaltungsdesigns verwendet, aber spezifische Komparatorchips bieten eine weitaus bessere Leistung.

Komparatoranwendungen

Es gibt sehr viele Anwendungen für Komparatorschaltungen innerhalb des elektronischen Schaltungsdesigns.

Es ist oft notwendig, eine bestimmte Spannung erkennen zu können und einen Stromkreis entsprechend der erkannten Spannung zu schalten.

Ein Beispiel könnte die Verwendung in einer Temperatursensorschaltung sein. Dies kann eine variable Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur erzeugen. Es kann notwendig sein, die Heizung einzuschalten, wenn die Temperatur unter einen bestimmten Punkt fällt, und dies kann erreicht werden, indem ein Komparator verwendet wird, um zu erfassen, wenn die zur Temperatur proportionale Spannung unter einen bestimmten Wert gefallen ist.

Für diese und viele andere Anwendungen kann eine Schaltung verwendet werden, die als Komparator bekannt ist.

Was ist ein Komparator?

Wie der Name Komparator andeutet, werden diese elektronischen Komponenten und Schaltungen verwendet, um zwei Spannungen zu vergleichen.

Wenn einer höher als der andere ist, befindet sich der Ausgang der Komparatorschaltung in einem Zustand, und wenn die Eingangsbedingungen umgekehrt sind, schaltet der Komparatorausgang in den anderen Zustand.

Der Komparator essential besteht aus einem Verstärker mit hoher Verstärkung, der einen differentiellen Eingang hat – einen invertierenden Eingang und einen nicht invertierenden Eingang.

Im Betrieb schaltet der Komparator abhängig vom Zustand der Eingänge zwischen High und Low. Wenn der nicht invertierende Eingang höher ist als der invertierende, ist der Ausgang hoch. Wenn der nichtinvertierende Eingang niedriger als der invertierende ist, ist der Ausgang hoch.

Komparatoren und Operationsverstärker

Es ist zwar einfach, einen Operationsverstärker als Komparator zu verwenden, insbesondere wenn es einfach sein kann, einen zu verwenden, wenn ein Chip, der mehrere Operationsverstärker enthält, hat einen Ersatz. Es ist jedoch nicht immer ratsam, diesen Ansatz zu wählen. Der Operationsverstärker funktioniert möglicherweise nicht immer richtig oder bietet nicht die optimale Leistung. Wenn die Anwendung jedoch nicht anspruchsvoll ist, ist es immer verlockend, diese elektronischen Komponenten zu verwenden, da sie möglicherweise bereits verfügbar sind.

Die Leistung von Komparatorchips und Operationsverstärkern ist in einer Reihe von Aspekten sehr unterschiedlich:

• Latch-up des Operationsverstärkers: Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere wenn ein Operationsverstärker stark angesteuert wird, ist es möglich, dass er hochfährt, d. H. selbst wenn sich der Eingang ändert, bleibt der Ausgang gleich. Komparatoren sind für den Betrieb in diesem Modus ausgelegt und sollten niemals einrasten.

  Dies ist ein wichtiger Bereich, in dem die Verwendung eines Komparators anstelle eines Operationsverstärkers ein deutlicher Vorteil sein kann.

• Open-Loop-Betrieb: Operationsverstärker sind für den Einsatz in einem Closed-Loop-Modus ausgelegt und ihre Schaltung ist für diese Art von Szenario optimiert. Ihr Betrieb ist nicht im Open-Loop-Modus charakterisiert.

• Digital vs. analog: Operationsverstärker sind wesentliche analoge Komponenten und ihre interne Schaltung ist für den Betrieb in diesem Bereich ausgelegt. Komparatoren sind dazu ausgelegt, als logische Funktion, d.h. in einem digitalen Modus, betrieben zu werden. Dies bedeutet, dass Operationsverstärker am besten sind, wenn sie in einem analogen Modus arbeiten, wobei der Ausgang nicht auf die Schienen trifft, während Komparatoren im linearen Modus nicht so gut arbeiten und im Betrieb mit Logikpegeln weitaus besser sind.

• Endstufen: Die Endstufen von Operationsverstärkern und Komparatoren sind sehr unterschiedlich. Typischerweise haben Operationsverstärker einen linearen Ausgang, der häufig in komplementärer Symmetrie arbeitet, um eine optimale lineare Leistung für den Ausgang zu erzielen.

  Komparatoren haben oft einen Open-Collector-Ausgang, der für die Ansteuerung digitaler Schnittstellen geeignet ist. Sie sind für die Schnittstelle mit Logikschaltungen ausgelegt und bieten einen Logikeingang aus einem Vergleich analoger Spannungen.

  

• Antwort mal: Komparatoren sind optimiert, um sehr schnelle reaktion und schaltzeiten. Anstiegsraten sind schnell und bieten optimale Leistung.

  Operationsverstärker sind für diese Eigenschaften nicht optimiert. Sie sind in der Regel viel langsamere elektronische Komponenten, die eher für den linearen Betrieb als für die Geschwindigkeit optimiert sind.

• Ausgangsspannung & Sättigungsspannung: Komparatoren sind typischerweise in der Lage, innerhalb kleiner Grenzen der Schienenspannungen zu fahren. Dies ist für ein gutes Schalten von Logikschaltungen erforderlich. Operationsverstärker können nicht fest auf die Schienen fahren, da sie eine bestimmte Sättigungsspannung haben – dies kann zu einem schlechten Schalten von Logikschaltungen führen.

In Anbetracht dieser Faktoren ist es immer vorzuziehen, einen Komparatorchip zu verwenden, wenn diese Art von Betrieb vorgesehen ist.

Operationsverstärker-Komparator

Es ist möglich, einen Operationsverstärker als Komparator zu verwenden, da er die grundlegenden Anforderungen an die Funktion erfüllt.

Im Betrieb geht der Operationsverstärker abhängig von den Eingangsspannungen in eine positive oder negative Sättigung. Da die Verstärkung des Operationsverstärkers im Allgemeinen 100 000 überschreitet, wird der Ausgang in die Sättigung laufen, wenn die Eingänge nur Bruchteile eines Millivolts voneinander entfernt sind.

Obwohl Operationsverstärker häufig als Komparator verwendet werden, sind spezielle Komparatorchips weitaus besser.

Diese speziellen Komparatorchips bieten sehr schnelle Schaltzeiten, weit über denen der meisten Operationsverstärker, die für linearere Anwendungen vorgesehen sind. Typische Anstiegsraten liegen im Bereich von mehreren tausend Volt pro Mikrosekunde, obwohl häufiger Laufzeitverzögerungen angegeben werden.

Bei einer typischen Komparatorschaltung wird einer der Eingänge auf einer bestimmten Spannung gehalten. Dies kann oft ein Potentialteiler von einer Versorgungs- oder Referenzquelle sein. Der andere Eingang wird zu dem zu erfassenden Punkt geführt.

Innerhalb dieses Diagramms wird die Schaltspannung durch den aus R1 und R2 bestehenden Potentialteiler erzeugt. Dadurch wird die Spannung an einem Eingang des Komparators eingestellt – in diesem Fall am invertierenden Eingang. Der nichtinvertierende Eingang dieser Schaltung ist mit dem zu erfassenden Punkt verbunden. Wenn die Spannung an diesem Punkt über die Referenzspannung ansteigt, wird der Ausgang des Komparators hoch und wenn er unter die Referenzspannung fällt, wird der Ausgang niedrig.

Typischerweise wird der Komparator von den gleichen Spannungsschienen wie die des Systems angesteuert. Für 5V-Logik würde der Komparator typischerweise von einer 5V-Schiene angetrieben werden.

Hinweise zum Operationsverstärker-Komparator

p>Bei der Verwendung von Komparatorschaltungen sind einige Punkte zu beachten. Es gibt einige Unterschiede zwischen den normalen Operationsverstärkerschaltungen und den Komparatorschaltungen, die bei jedem elektronischen Schaltungsentwurf berücksichtigt werden müssen.

• Sicherstellen, dass der Differenzeingang nicht überschritten wird: Da keine Rückkopplung erfolgt, haben die beiden Eingänge der Schaltung unterschiedliche Spannungen. Dementsprechend ist darauf zu achten, dass der maximale Differenzeingang nicht überschritten wird. Alle Möglichkeiten des Schaltungszustands sollten in der Entwurfsphase der elektronischen Schaltung berücksichtigt werden.
• Änderung des Eingangsstroms: Infolge der fehlenden Rückkopplung ändert sich wiederum die vom Komparator der Quelle vorgestellte Last. Insbesondere wenn sich die Schaltung ändert, steigt der Eingangsstrom geringfügig an. Für die meisten Schaltungen ist dies kein Problem, aber wenn die Quellenimpedanz hoch ist, kann dies zu einigen ungewöhnlichen Reaktionen führen. Dies sollte beim Entwurf der elektronischen Schaltung berücksichtigt werden.
• Eingangssignalrauschen: Das Hauptproblem bei dieser Schaltung besteht darin, dass am Umschaltpunkt bereits geringe Mengen an Rauschen dazu führen, dass der Ausgang hin und her wechselt. So kann es in der Nähe der Umschaltstelle zu mehreren Übergängen am Ausgang kommen, was an anderer Stelle in der Gesamtschaltung zu Problemen führen kann. Die Lösung hierfür ist die Verwendung eines Schmitt-Triggers.
  Lesen Sie mehr über die . . . . Schmitt trigger schaltung.

• Wo eine Komparatorfunktion erforderlich ist, ist es am besten, einen Komparatorchip zu verwenden: Wo eine Komparatorfunktion erforderlich ist, ist es immer vorzuziehen, einen Komparatorchip zu verwenden, wenn dies überhaupt möglich ist. Wenn eine dieser elektronischen Komponenten nicht verfügbar ist und ein Operationsverstärker verwendet werden muss, Achten Sie darauf, den Eingang nicht zu überlasten, damit ein Latch-Up auftritt.

Verwendung eines Komparatorchips

Wenn eine Komparatorschaltung benötigt wird, ist es immer am besten, sich für einen bestimmten Komparatorchip als Grundlage der Schaltung zu entscheiden.

Komparatorchips können das Umschalten zwischen zwei Werten viel besser handhaben und verfügen häufig über Ausgangsstufen, die einfacher mit Logik verbunden werden können als analoge Operationsverstärker.

In Bezug auf den grundlegenden Schaltungsbetrieb besteht der Hauptunterschied darin, dass die meisten Komparatoren einen Open-Collector-Ausgang haben und einen externen Pull-up-Widerstand oder eine andere Schaltung benötigen.

Operationsverstärker sind sehr billig und sehr weit verbreitet. Komparatoren sind nicht ganz so billig und nicht ganz so frei verfügbar, da diese elektronischen Komponenten tendenziell etwas weniger verwendet werden und möglicherweise etwas teurer sind, aber nicht sehr. Es sollte keine Probleme geben, sie zu verwenden.

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