Obwód komparatora

poradnik Op-amp zawiera:
wprowadzenie obwody podsumowanie Wzmacniacz odwracający Wzmacniacz sumujący wzmacniacz nie odwracający wzmacniacza wzmacniacz o zmiennym wzmocnieniu Filtr aktywny wysokoprzepustowy filtr aktywny filtr pasmowy Filtr Wycięciowy Schmitt Trigger multiwibrator bistabilny Integrator różnicujący oscylator mostu Wien bridge oscylator przesunięcia fazowego

obwody, które porównują dwa napięcia i dają cyfrowe wyjście zależne od porównania dwóch napięć, są często stosowane w projektowaniu obwodów elektronicznych.

dla obwodu komparatora potrzebny jest wzmacniacz o wysokim wzmocnieniu, tak aby nawet niewielkie zmiany na wejściu skutkowały stabilnym przełączaniem poziomu wyjściowego.

wzmacniacze operacyjne są stosowane w wielu układach elektronicznych, ale specyficzne układy komparatorowe zapewniają znacznie lepszą wydajność.

zastosowania komparatorów

istnieje bardzo wiele zastosowań obwodów komparatorów w projektowaniu obwodów elektronicznych.

często konieczne jest wykrycie określonego napięcia i przełączenie obwodu zgodnie z wykrytym napięciem.

jednym z przykładów może być zastosowanie w obwodzie czujnika temperatury. Może to wytworzyć zmienne napięcie zależne od temperatury. Może być konieczne włączenie ogrzewania, gdy temperatura spadnie poniżej określonego punktu i można to osiągnąć za pomocą komparatora do wykrywania, gdy napięcie proporcjonalne do temperatury spadnie poniżej określonej wartości.

do tych i wielu innych zastosowań można użyć obwodu znanego jako komparator.

co to jest komparator?

jak sugeruje nazwa komparator, te elementy elektroniczne i obwody służą do porównywania dwóch napięć.

gdy jeden jest wyższy od drugiego, wyjście obwodu komparatora jest w jednym stanie, a gdy warunki wejściowe są odwrócone, wtedy wyjście komparatora przełącza się w drugi stan.

komparator essential składa się ze wzmacniacza o wysokim wzmocnieniu, który ma wejście różnicowe – jedno wejście odwrócone i jedno wejście nieodwracalne.

pod względem działania komparator przełącza się między wysokim i niskim w zależności od stanu wejść. Jeśli wejście Nie odwracające jest wyższe niż wejście odwracające, to wyjście jest wysokie. Jeśli wejście nieodwracające jest niższe niż wejście odwracające, to wyjście jest wysokie.

komparatory i wzmacniacze operacyjne

chociaż łatwo jest używać wzmacniacza operacyjnego jako komparatora, zwłaszcza gdy jest może być łatwy w użyciu, jeśli układ zawierający wiele wzmacniaczy operacyjnych ma jeden zapasowy. Nie zawsze jednak wskazane jest przyjęcie takiego podejścia. Wzmacniacz operacyjny może nie zawsze działać poprawnie lub nie zapewnia optymalnej wydajności. Mimo to, gdy aplikacja nie jest wymagająca, zawsze kuszące jest użycie tych elementów elektronicznych, ponieważ mogą one być już dostępne.

wydajność układów komparatorowych i wzmacniaczy operacyjnych jest zupełnie inna pod wieloma względami:

• zatrzask wzmacniacza operacyjnego: w pewnych warunkach, zwłaszcza gdy wzmacniacz operacyjny jest mocno napędzany, możliwe jest jego zatrzask, tzn. nawet gdy zmienia się Wejście, Wyjście pozostaje takie samo. Komparatory są zaprojektowane do pracy w tym trybie i nigdy nie powinny się zatrzaskiwać.

  jest to jeden z kluczowych obszarów, w którym używanie komparatora zamiast wzmacniacza operacyjnego może być wyraźną zaletą.

• Praca w pętli otwartej: wzmacniacze operacyjne są zaprojektowane do pracy w trybie pętli zamkniętej, a ich obwód jest zoptymalizowany do tego typu scenariuszy. Ich działanie nie jest scharakteryzowane w trybie otwartej pętli.

• Cyfrowe vs analogowe: wzmacniacze operacyjne są niezbędnymi komponentami analogowymi, a ich wewnętrzne obwody są zaprojektowane do pracy w tym regionie. Komparatory przeznaczone są do pracy jako funkcja logiczna, tj. w trybie cyfrowym.

  oznacza to, że wzmacniacze operacyjne są najlepsze, gdy pracują w trybie analogowym z wyjściem nie uderzającym w szyny, podczas gdy komparatory nie są tak dobre w pracy w trybie liniowym, a są znacznie lepsze w pracy z poziomami logicznymi.

• stopnie wyjściowe: stopnie wyjściowe wzmacniaczy operacyjnych i komparatorów są bardzo różne. Zazwyczaj wzmacniacze operacyjne mają wyjście liniowe, często działające w komplementarny sposób symetrii, aby zapewnić optymalną wydajność liniową dla wyjścia.

  komparatory często mają wyjście otwartego kolektora nadające się do podłączenia do interfejsów cyfrowych. Są one zaprojektowane do współpracy z obwodami logicznymi, zapewniając wejście logiczne z porównania napięć analogowych.

  

• czasy reakcji: komparatory są zoptymalizowane, aby zapewnić bardzo szybkie czasy reakcji i przełączania. Prędkości obrotowe są szybkie i zapewniają optymalną wydajność.

  wzmacniacze operacyjne nie są zoptymalizowane pod kątem tych cech. Są to znacznie wolniejsze komponenty elektroniczne zoptymalizowane pod kątem pracy liniowej, a nie prędkości.

• napięcie wyjściowe & Jest to wymagane do dobrego przełączania układów logicznych. Wzmacniacze Op nie będą w stanie mocno podchodzić do szyn, ponieważ mają pewne napięcie nasycenia – może to prowadzić do słabego przełączania układów logicznych.

ze względu na te czynniki, zawsze zaleca się wykorzystanie układu porównawczego, w którym przewiduje się tego typu operacje.

komparator wzmacniacza operacyjnego

możliwe jest użycie wzmacniacza operacyjnego jako komparatora, ponieważ spełnia on podstawowe wymagania dotyczące funkcji.

podczas pracy wzmacniacz operacyjny przechodzi w dodatnie lub ujemne nasycenie zależne od napięć wejściowych. Ponieważ wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego na ogół przekroczy 100 000, wyjście będzie nasycone, gdy wejścia będą tylko ułamkami miliwoltów od siebie.

chociaż wzmacniacze op są szeroko stosowane jako komparator, specjalne układy komparatorowe są znacznie lepsze.

te specyficzne układy komparatora oferują bardzo szybkie czasy przełączania, znacznie powyżej tych oferowanych przez większość wzmacniaczy operacyjnych, które są przeznaczone do bardziej liniowych zastosowań. Typowe natężenia uśpienia mieszczą się w obszarze kilku tysięcy woltów na mikrosekundę, choć częściej podaje się liczby opóźnień propagacji.

typowy układ komparatora będzie miał jedno z wejść utrzymywane pod danym napięciem. Często może to być potencjalny dzielnik od źródła zasilania lub źródła odniesienia. Drugie wejście jest pobierane do punktu, który ma być wyczuwany.

w tym diagramie Napięcie przełączające jest generowane przez dzielnik potencjału składający się z R1 i R2. Ustawia to napięcie na jednym wejściu komparatora – w tym przypadku wejście odwracające. Wejście nieodwracające tego obwodu jest podłączone do punktu wymagającego wykrywania. Gdy napięcie w tym punkcie wzrośnie powyżej napięcia odniesienia, wyjście komparatora będzie wysokie, a gdy spadnie poniżej napięcia odniesienia, wyjście będzie niskie.

zazwyczaj komparator będzie napędzany z tych samych szyn napięciowych, co szyny systemu. Dla logiki 5V komparator byłby zazwyczaj napędzany z szyny 5V.

uwagi dotyczące komparatora wzmacniacza Op

p>podczas korzystania z obwodów komparatora należy pamiętać o kilku punktach. Istnieją pewne różnice między zwykłymi obwodami wzmacniacza operacyjnego a obwodami komparatora, które muszą być brane pod uwagę podczas projektowania obwodów elektronicznych.

• upewnij się, że wejście różnicowe nie zostało przekroczone: ponieważ nie ma sprzężenia zwrotnego, dwa wejścia do obwodu będą przy różnych napięciach. W związku z tym konieczne jest zapewnienie, że maksymalne wejście różnicowe nie zostanie przekroczone. Wszystkie możliwości stanu obwodu powinny być brane pod uwagę na etapie projektowania obwodów elektronicznych.
• zmiana prądu wejściowego: Ponownie w wyniku braku sprzężenia zwrotnego obciążenie przedstawione przez komparator do źródła ulegnie zmianie. Szczególnie w miarę zmian obwodu nastąpi niewielki wzrost prądu wejściowego. Dla większości układów nie będzie to problemem, ale jeśli impedancja źródła jest wysoka, może to prowadzić do kilku nietypowych odpowiedzi. Należy to wziąć pod uwagę podczas projektowania obwodów elektronicznych.
• Szum sygnału wejściowego: głównym problemem tego obwodu jest to, że nowy punkt przełączania, nawet niewielkie ilości szumu spowodują przełączanie wyjścia w przód iw tył. Tak więc w pobliżu punktu przełączania na wyjściu może wystąpić kilka przejść, co może powodować problemy w innym miejscu w całym obwodzie. Rozwiązaniem tego problemu jest użycie spustu Schmitta.
  Czytaj więcej o . . . . Obwód spustowy Schmitta.

• tam, gdzie wymagana jest funkcja komparatora, najlepiej jest użyć Chipa komparatora: tam, gdzie wymagana jest funkcja komparatora, zawsze lepiej jest użyć Chipa komparatora, jeśli jest to w ogóle możliwe. Jeśli jeden z tych elementów elektronicznych nie jest dostępny i trzeba użyć wzmacniacza operacyjnego, należy uważać, aby nie przeciążyć wejścia, aby doszło do zatrzasku.

zastosowanie układu komparatora

gdy istnieje potrzeba układu komparatora, zawsze najlepiej wybrać konkretny układ komparatora jako podstawę obwodu.

Układy porównawcze są znacznie lepsze w obsłudze przełączania między dwiema wartościami i często mogą mieć stopnie wyjściowe, które mogą łatwiej współpracować z logiką niż analogowe wzmacniacze operacyjne.

jeśli chodzi o podstawową pracę obwodu, główną różnicą jest to, że większość komparatorów ma wyjście otwartego kolektora i wymaga zewnętrznego rezystora pull-up lub innego obwodu.

wzmacniacze operacyjne są bardzo tanie i bardzo szeroko dostępne. Komparatory nie są tak tanie i nie tak swobodnie dostępne, ponieważ te komponenty elektroniczne są zwykle używane nieco mniej i mogą być nieco droższe, ale nie bardzo. Nie powinno być problemów z ich używaniem.

Więcej obwodów& projektowanie obwodów:
podstawy wzmacniaczy Op obwody wzmacniaczy Op obwody zasilaczy projektowanie tranzystorów Układy tranzystorów Darlington układy FET symbole obwodów
Powrót do menu projektowanie obwodów . . .