Comparator Circuit

Op-amp Tutorial Bestaat uit:
Inleiding Circuits overzicht Inverterende versterker Tellen versterker Niet-inverterende versterker met Variabele gain versterker High-pass filter actief Low pass filter actief Bandpass filter filter Comparator Schmitt trigger Bistabiele Multivibrator Integrator, Differentiator Wien-brug oscillator Fase verschuiving oscillator

de Circuits die het vergelijken van twee spanningen en geeft een digitale uitgang afhankelijk van de vergelijking van de twee spanningen worden vaak gebruikt in elektronische circuit ontwerp.

voor een comparatorcircuit is een versterker met een hoge versterker nodig, zodat zelfs kleine veranderingen in de ingang ertoe leiden dat het uitgangsniveau stevig wordt omgeschakeld.

operationele versterkers worden gebruikt in veel ontwerpen van elektronische schakelingen, maar specifieke vergelijkingschips leveren veel betere prestaties.

Comparatortoepassingen

Er zijn zeer veel toepassingen voor comparatorcircuits binnen het ontwerp van elektronische circuits.

Het is vaak nodig om een bepaalde spanning te kunnen detecteren en een circuit te kunnen schakelen volgens de spanning die is gedetecteerd.

een voorbeeld zou kunnen zijn voor gebruik in een temperatuursensorcircuit. Dit kan leiden tot een variabele spanning afhankelijk van de temperatuur. Het kan nodig zijn om de verwarming aan te zetten wanneer de temperatuur onder een bepaald punt daalt en dit kan worden bereikt door een comparator te gebruiken om te voelen wanneer de spanning evenredig aan de temperatuur onder een bepaalde waarde is gedaald.

voor deze en vele andere toepassingen kan een schakeling worden gebruikt die een comparator wordt genoemd.

Wat is een comparator?

zoals de naamvergelijker aangeeft, worden deze elektronische componenten en schakelingen gebruikt om twee spanningen te vergelijken.

wanneer de ene hoger is dan de andere, bevindt de uitgang van het vergelijkingscircuit zich in één toestand, en wanneer de ingangsomstandigheden worden omgekeerd, schakelt de uitgang van het vergelijkingscircuit over naar de andere toestand.

de essentiële comparator bestaat uit een versterker met hoge versterking die een differentiële ingang heeft – één inverterende ingang en één niet-inverterende ingang.

in termen van werking schakelt de comparator tussen hoog en laag afhankelijk van de toestand van de ingangen. Als de niet-inverterende input hoger is dan de inverterende, dan is de output hoog. Als de niet-inverterende input lager is dan de inverterende dan is de output hoog.

comparatoren en op-versterkers

terwijl het eenvoudig is om een operationele versterker als comparator te gebruiken, vooral wanneer het gemakkelijk kan zijn om een als een chip met meerdere op versterkers één reserve heeft. Het is echter niet altijd raadzaam om deze aanpak te volgen. Het is mogelijk dat de op-versterker niet altijd correct functioneert, of dat hij niet de optimale prestaties levert. Dat gezegd hebbende, wanneer de toepassing niet veeleisend is, is het altijd verleidelijk om deze elektronische componenten te gebruiken omdat ze misschien al beschikbaar zijn.

de prestaties van vergelijkingschips en op-versterkers zijn in een aantal aspecten heel verschillend:

• Op amp latch-up: onder sommige omstandigheden, vooral wanneer een op-amp hard wordt aangedreven, is het mogelijk om het te vergrendelen, dat wil zeggen dat zelfs wanneer de input verandert, de output hetzelfde blijft. Comparators zijn ontworpen om in deze modus te werken en mogen nooit vastklikken.

  Dit is een belangrijk gebied waar het gebruik van een comparator in plaats van een op-versterker een duidelijk voordeel kan zijn.

• open-lusoperatie: operationele versterkers zijn ontworpen om te worden gebruikt in een gesloten-lusmodus en hun circuit is geoptimaliseerd voor dit type scenario. De werking ervan wordt niet gekenmerkt in de open-lusmodus.

• digitaal Versus analoog: operationele versterkers zijn essentiële analoge componenten en hun interne circuits zijn ontworpen om in dit gebied te werken. Comparators zijn ontworpen om te worden gebruikt als een logische functie, d.w.z. in een digitale modus.

  Dit betekent dat operationele versterkers het beste werken wanneer ze in een analoge modus werken waarbij de output niet de rails raakt, terwijl comparators niet zo goed zijn in het werken in een lineaire modus, en veel beter in het werken met logische niveaus.

• Uitvoerstadia: de uitvoerstadia van operationele versterkers en comparators zijn zeer verschillend. Typisch operationele versterkers hebben een lineaire uitgang, vaak werken op een complementaire symmetrie manier om optimale lineaire prestaties voor de uitgang te geven.

  Comparators hebben vaak een open collectoruitgang die geschikt is om in digitale interfaces te rijden. Ze zijn ontworpen om te communiceren met logische schakelingen, die een logische input leveren van een vergelijking van analoge spanningen.

  

• responstijden: Comparators zijn geoptimaliseerd voor zeer snelle responstijden en schakeltijden. Zwenksnelheden zijn snel en bieden optimale prestaties.

  operationele versterkers zijn niet geoptimaliseerd voor deze kenmerken. Ze hebben de neiging om veel tragere elektronische componenten geoptimaliseerd voor lineaire werking in plaats van snelheid.

• uitgangsspanning & verzadigingsspanning: Comparators kunnen doorgaans tot binnen de kleine grenzen van de spoorspanningen rijden. Dit is nodig voor een goede schakeling van logische schakelingen. Op versterkers zullen niet in staat zijn om hard naar de rails te rijden omdat ze een bepaalde verzadigingsspanning hebben – dit kan leiden tot slechte schakeling van logische circuits.

In het licht van deze factoren verdient het altijd de voorkeur een vergelijkingschip te gebruiken wanneer dit soort operatie wordt overwogen.

operationele versterkervergelijker

Het is mogelijk om een op-amp als comparator te gebruiken omdat deze voldoet aan de basisvereisten voor de functie.

In bedrijf gaat de operationele versterker in positieve of negatieve verzadiging afhankelijk van de ingangsspanningen. Aangezien de winst van de operationele versterker over het algemeen meer dan 100 000 zal de output in verzadiging lopen wanneer de ingangen slechts fracties van een millivolt uit elkaar zijn.

hoewel op versterkers veel worden gebruikt als comparator, zijn speciale comparatorchips veel beter.

deze specifieke vergelijkingschips bieden zeer snelle schakeltijden, ruim boven die van de meeste op-versterkers die bestemd zijn voor meer lineaire toepassingen. Typische zwenksnelheden liggen in de buurt van enkele duizenden volt per microseconde, hoewel vaker cijfers van propagatievertraging worden geciteerd.

een typische comparatorkring zal een van de ingangen bij een bepaalde spanning hebben. Dit kan vaak een potentiaalverdeler uit een toevoer-of referentiebron zijn. De andere input wordt genomen tot het punt om te worden waargenomen.

in dit diagram wordt de schakelspanning gegenereerd door de potentiaalverdeler bestaande uit R1 en R2. Dit stelt de spanning in op één ingang van de comparator – in dit geval de inverterende ingang. De niet-inverterende ingang van dit circuit is verbonden met het punt dat sensing vereist. Wanneer de spanning op dit punt boven de referentiespanning stijgt zal de output van de comparator hoog gaan, en wanneer deze onder de referentiespanning daalt zal de output laag gaan.

gewoonlijk wordt de comparator aangedreven uit dezelfde spanningsrails als die van het systeem. Voor 5V logica zou de comparator meestal worden aangedreven van een 5V rail.

op amp comparator notes

p>er zijn een aantal punten te onthouden bij het gebruik van comparator circuits. Er zijn enkele verschillen tussen de normale operationele versterkercircuits en de comparatorcircuits waarmee rekening moet worden gehouden bij elk ontwerp van een elektronisch circuit.

• zorg ervoor dat de differentiële ingang niet wordt overschreden: omdat er geen feedback is, zullen de twee ingangen naar het circuit bij verschillende spanningen zijn. Daarom moet ervoor worden gezorgd dat de maximale differentiële input niet wordt overschreden. Alle mogelijkheden van de circuittoestand MOETEN in de ontwerpfase van het elektronische circuit worden overwogen.
• verandering in inputstroom: Opnieuw als gevolg van het gebrek aan feedback de belasting gepresenteerd door de comparator aan de bron zal veranderen. Vooral omdat het circuit verandert zal er een kleine toename van de ingangsstroom zijn. Voor de meeste circuits zal dit geen probleem zijn, maar als de bronimpedantie hoog is kan dit leiden tot een paar ongebruikelijke reacties. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het ontwerp van het elektronische circuit.
• Ingangssignaalruis: het grootste probleem met dit circuit is dat nieuw het omschakelpunt, zelfs kleine hoeveelheden ruis, ervoor zorgt dat de uitgang heen en weer schakelt. In de buurt van het omschakelingspunt kunnen zich dus verschillende overgangen aan de uitgang voordoen en dit kan elders in het totale circuit problemen veroorzaken. De oplossing hiervoor is het gebruik van een Schmitt Trigger.
  Lees meer over de . . . . Schmitt trigger circuit.

• wanneer een comparatorfunctie vereist is, is het het beste om een comparatorchip te gebruiken: wanneer een comparatorfunctie vereist is, heeft het altijd de voorkeur om, indien mogelijk, een comparatorchip te gebruiken. Als een van deze elektronische componenten niet beschikbaar is en er een op-versterker moet worden gebruikt, let dan op dat u de ingang niet overbelast zodat er een vergrendeling optreedt.

gebruik van een vergelijkingschip

wanneer er behoefte is aan een vergelijkingskring, is het altijd het beste om te kiezen voor een specifieke vergelijkingschip als basis van het circuit.

Vergelijkingschips zijn veel beter in het omgaan met schakelen tussen twee waarden en kunnen vaak uitvoerfasen hebben die gemakkelijker kunnen communiceren met logica dan analoge operationele versterkers.

wat de werking van de basiskring betreft, is het belangrijkste verschil dat de meeste comparators een open collector-uitgang hebben en een externe pull-upweerstand of een andere circuits vereisen.

operationele versterkers zijn zeer goedkoop en zeer breed beschikbaar. Comparators zijn niet zo goedkoop en niet zo vrij beschikbaar als deze elektronische componenten hebben de neiging om een beetje minder worden gebruikt en kunnen een beetje duurder, maar niet sterk zo. Er zouden geen problemen moeten zijn met het gebruik ervan.

meer Circuits & circuitontwerp:
Op Amp basics op Amp circuits voeding circuits Transistor ontwerp Transistor Darlington Transistor circuits FET circuits Circuit symbolen
Terug naar Circuit Ontwerp menu . . .