Circuito Comparatore

Op-amp Tutorial Include:
Introduzione Circuiti riepilogo amplificatore Invertente amplificatore Sommatore Non invertente amplificatore a guadagno Variabile amplificatore passa-Alto filtro attivo passa-Basso filtro attivo passa Banda del filtro Notch filter Comparatore di trigger di Schmitt Multivibratore Bistabile Integratore elemento di Differenziazione Wien ponte oscillatore a sfasamento oscillatore

Circuiti che confrontare due tensioni e dare una uscita digitale dipende il confronto tra le due tensioni sono spesso utilizzati all’interno di circuiti elettronici e di design.

Per un circuito di confronto, è necessario un amplificatore ad alto guadagno in modo che anche piccole modifiche sull’ingresso provochino una commutazione stabile del livello di uscita.

Gli amplificatori operazionali sono utilizzati in molti progetti di circuiti elettronici, ma i chip di comparatore specifici forniscono prestazioni molto migliori.

Applicazioni del comparatore

Ci sono molti usi per i circuiti del comparatore all’interno della progettazione di circuiti elettronici.

È spesso necessario essere in grado di rilevare una certa tensione e commutare un circuito in base alla tensione rilevata.

Un esempio potrebbe essere per l’uso in un circuito di rilevamento della temperatura. Questo potrebbe produrre una tensione variabile dipendente dalla temperatura. Può essere necessario accendere il riscaldamento quando la temperatura scende al di sotto di un determinato punto e questo può essere ottenuto utilizzando un comparatore per rilevare quando la tensione proporzionale alla temperatura è scesa al di sotto di un determinato valore.

Per questi e molti altri usi, è possibile utilizzare un circuito noto come comparatore.

Che cos’è un comparatore?

Come il comparatore nome implica questi componenti elettronici e circuiti sono utilizzati per confrontare due tensioni.

Quando uno è superiore all’altro l’uscita del circuito del comparatore è in uno stato e quando le condizioni di ingresso sono invertite, l’uscita del comparatore passa all’altro stato.

Il comparatore essential è costituito da un amplificatore ad alto guadagno che ha un ingresso differenziale – un ingresso invertente e un ingresso non invertente.

In termini di funzionamento il comparatore commuta tra alto e basso in base allo stato degli ingressi. Se l’ingresso non invertente è superiore a quello invertente, l’uscita è alta. Se l’ingresso non invertente è inferiore a quello invertente, l’uscita è alta.

Comparatori e op amp

Mentre è facile da usare un amplificatore operazionale come comparatore, soprattutto quando si può essere di facile uso, se un chip contenente più op amp è uno di ricambio. Tuttavia non è sempre consigliabile adottare questo approccio. L’amplificatore operazionale potrebbe non funzionare sempre correttamente, o potrebbe non dare le prestazioni ottimali. Detto questo, quando l’applicazione non è esigente, si è sempre tentati di utilizzare questi componenti elettronici perché potrebbero essere già disponibili.

Le prestazioni dei chip di comparatore e degli amplificatori operazionali sono molto diverse sotto diversi aspetti:

• Latch-up dell’op amp: In alcune condizioni, specialmente quando un op amp viene guidato duramente, è possibile che si fermi, cioè anche quando l’ingresso cambia, l’uscita rimane la stessa. I comparatori sono progettati per funzionare in questa modalità e non dovrebbero mai bloccarsi.

  Questa è un’area chiave in cui l’utilizzo di un comparatore piuttosto che di un amplificatore operazionale può essere un netto vantaggio.

• Funzionamento ad anello aperto: gli amplificatori operazionali sono progettati per essere utilizzati in modalità ad anello chiuso e il loro circuito è ottimizzato per questo tipo di scenario. Il loro funzionamento non è caratterizzato in modalità ad anello aperto.

• Digitale vs analogico: Gli amplificatori operazionali sono componenti analogici essenziali e il loro circuito interno è progettato per funzionare in questa regione. I comparatori sono progettati per funzionare come una funzione logica, cioè in modalità digitale.

  Ciò significa che gli amplificatori operazionali sono i migliori quando operano in modalità analogica con l’uscita che non colpisce le rotaie, mentre i comparatori non sono così bravi a funzionare in modalità lineare e sono molto migliori a funzionare con livelli logici.

• Stadi di uscita: Gli stadi di uscita degli amplificatori operazionali e dei comparatori sono molto diversi. Tipicamente gli amplificatori operazionali hanno un’uscita lineare, spesso operando in modo simmetrico complementare per dare prestazioni lineari ottimali per l’uscita.

  I comparatori hanno spesso un’uscita a collettore aperto adatta per la guida in interfacce digitali. Sono progettati per interfacciarsi con circuiti logici, fornendo un ingresso logico da un confronto di tensioni analogiche.

  

• Tempi di risposta: i comparatori sono ottimizzati per fornire tempi di risposta e commutazione molto rapidi. Le velocità di rotazione sono veloci e forniscono prestazioni ottimali.

  Gli amplificatori operazionali non sono ottimizzati per queste caratteristiche. Tendono ad essere componenti elettronici molto più lenti ottimizzati per il funzionamento lineare piuttosto che per la velocità.

• Tensione di uscita & tensione di saturazione: i comparatori sono in genere in grado di guidare entro piccoli limiti delle tensioni della guida. Questo è necessario per una buona commutazione dei circuiti logici. Gli amplificatori operazionali non saranno in grado di guidare duramente sulle rotaie in quanto hanno una certa tensione di saturazione – questo potrebbe portare a una scarsa commutazione dei circuiti logici.

In considerazione di questi fattori, è sempre preferibile utilizzare un chip di confronto dove è previsto questo tipo di operazione.

Comparatore di amplificatori operazionali

È possibile utilizzare un amplificatore operazionale come comparatore in quanto soddisfa i requisiti di base per la funzione.

In funzione l’amplificatore operazionale entra in saturazione positiva o negativa in funzione delle tensioni di ingresso. Poiché il guadagno dell’amplificatore operazionale generalmente supera i 100 000, l’uscita andrà in saturazione quando gli ingressi sono solo frazioni di millivolt.

Sebbene gli amplificatori operazionali siano ampiamente utilizzati come comparatore, i chip comparatori speciali sono molto migliori.

Questi chip di confronto specifici offrono tempi di commutazione molto veloci, ben al di sopra di quelli offerti dalla maggior parte degli amplificatori operazionali destinati ad applicazioni più lineari. I tassi di rotazione tipici sono nella regione di diverse migliaia di volt per microsecondo, anche se più spesso vengono citate le cifre del ritardo di propagazione.

Un tipico circuito di comparatore avrà uno degli ingressi tenuto ad una data tensione. Questo può spesso essere un potenziale divisore da una fonte di alimentazione o di riferimento. L’altro input viene portato al punto da essere percepito.

all’Interno di questo schema, la tensione di commutazione è generato dal partitore di tensione costituito da R1 e R2. Questo imposta la tensione ad un ingresso del comparatore – in questo caso l’ingresso invertente. L’ingresso non invertente di questo circuito è collegato al punto che richiede il rilevamento. Quando la tensione su questo punto sale al di sopra della tensione di riferimento l’uscita del comparatore andrà alta, e quando scende al di sotto della tensione di riferimento l’uscita andrà bassa.

Tipicamente il comparatore sarà guidato dalle stesse rotaie di tensione come quelle del sistema. Per la logica 5V il comparatore sarebbe tipicamente guidato da una guida 5V.

Op amp comparatore note

p > Ci sono un certo numero di punti da ricordare quando si utilizza circuiti di comparatore. Ci sono alcune differenze tra i normali circuiti dell’amplificatore operazionale e i circuiti del comparatore che devono essere considerati durante qualsiasi progettazione di circuiti elettronici.

• Assicurarsi che l’ingresso differenziale non venga superato: poiché non vi è feedback, i due ingressi al circuito saranno a tensioni diverse. Di conseguenza è necessario assicurarsi che l’ingresso differenziale massimo non venga superato. Tutte le possibilità dello stato del circuito dovrebbero essere considerate nella fase di progettazione del circuito elettronico.
• Corrente di ingresso cambiamento: Anche in questo caso, a causa della mancanza di feedback, il carico presentato dal comparatore alla sorgente cambierà. Soprattutto quando il circuito cambia ci sarà un piccolo aumento della corrente di ingresso. Per la maggior parte dei circuiti questo non sarà un problema, ma se l’impedenza sorgente è alta può portare ad alcune risposte insolite. Questo dovrebbe essere preso in considerazione durante la progettazione del circuito elettronico.
• Segnale di ingresso rumore: Il problema principale con questo circuito è che nuovo il punto di commutazione, anche piccole quantità di rumore farà sì che l’uscita per passare avanti e indietro. Pertanto, in prossimità del punto di commutazione possono esserci diverse transizioni all’uscita e ciò può dar luogo a problemi in altre parti del circuito generale. La soluzione a questo è usare un trigger Schmitt.
  Per saperne di più sulla . . . . Circuito di innesco di Schmitt.

• Dove è richiesta la funzione di comparatore, è meglio usare il chip di comparatore: dove è richiesta una funzione di comparatore, è sempre preferibile usare un chip di comparatore se possibile. Se uno di questi componenti elettronici non è disponibile e un amplificatore operazionale deve essere utilizzato, quindi fare attenzione a non sovraccaricare l’ingresso in modo che latch up si verifica.

Uso di un chip comparatore

Quando c’è bisogno di un circuito comparatore, è sempre meglio optare per un chip comparatore specifico come base del circuito.

I chip di confronto sono molto più bravi nel gestire la commutazione tra due valori e spesso possono avere stadi di uscita che possono interfacciarsi più facilmente con la logica rispetto agli amplificatori operazionali analogici.

In termini di funzionamento del circuito di base, la differenza principale è che la maggior parte dei comparatori ha un’uscita open collector e richiede un resistore di pull-up esterno o altra circuity.

Gli amplificatori operazionali sono molto economici e molto disponibili. I comparatori non sono così economici e non sono così liberamente disponibili in quanto questi componenti elettronici tendono ad essere usati un po ‘meno e possono essere un po’ più costosi, ma non molto. Non ci dovrebbero essere problemi con il loro utilizzo.

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