Как правило, компараторы подразделяются на различные типы, такие как электрические компараторы, электронные компараторы, механические компараторы, оптические компараторы, сигма-компараторы, пневматические компараторы, цифровые компараторы и так далее. Эти схемы компаратора обычно используются при проектировании электрических и проекты электроники . В этой статье мы обсудим, как использовать операционный усилитель в качестве схемы компаратора и как работать с операционным усилителем в качестве схемы компаратора. Но, прежде всего, мы должны знать, что такое схема операционного усилителя и компаратора.

Операционный усилитель

“кодировщик и декодер в цифровой электронике ”

Электронный усилитель напряжения со связью по постоянному току и высоким коэффициентом усиления, состоящий из двух входных клемм, показан на рисунке. Дифференциальный вход подается на два входных терминала (инвертирующий входной терминал и неинвертирующий входной терминал) операционного усилителя, и он создает единый выходной потенциал на терминале Vout. Таким образом, разность потенциалов, подаваемая на его два входных терминала, усиливается для получения усиленного выходного сигнала. Этот усиленный выходной сигнал равен разнице между входными сигналами в сотни тысяч раз.

Выход усилителя можно представить как

Vout = AOL (V + - V-)

Где,

AOL - коэффициент усиления усилителя без обратной связи.
V + - неинвертирующий вход усилителя
V- инвертирующий вход усилителя

Хотя есть разные типы операционных усилителей Операционный усилитель 741 часто используется в качестве схемы компаратора в нескольких электронных схемах.

Схема компаратора

Устройство, состоящее из двух входных клемм, в которых опорный входной сигнал подается на одну клемму, а фактическое значение сигнала подается на другую клемму. Затем выходной сигнал генерируется на выходном контакте на основе разницы между двумя входными сигналами, подаваемыми на два входных контакта. Этот сгенерированный выходной сигнал равен 0 (низкий) или 1 (высокий).

В терминологии электротехники и электроники устройство, используемое для сравнения двух сигналов напряжения или сигналов тока, которые подаются на две аналоговые входные клеммы, тем самым производя один двоичный цифровой выходной сигнал, указывающий на больший входной сигнал, называется схема компаратора .

Схема компаратора

Две аналоговые входные клеммы представлены как V + (Vin) и V- (Vref) в приведенной выше схеме компаратора. Цифровой выход генерируется на выходной клемме V0 (Vout). Выходной сигнал схемы компаратора имеет вид

Если V +> V- (Vin больше Vref), то V0 = 1 и
Если V +

Как правило, компараторы используются в таких устройствах, как релаксационные генераторы, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), а также в устройствах, которые используются для измерения аналоговых сигналов. Компараторы состоят из дифференциальных усилителей с высоким коэффициентом усиления, и мы можем использовать операционный усилитель в качестве схемы компаратора.

Операционный усилитель в качестве компаратора

Операционные усилители 741 - это базовые операционные усилители, которые можно использовать в качестве схемы компаратора во многих электронных схемах. Например, если мы рассмотрим переключатель с контролем температуры затем операция переключения выполняется в зависимости от температуры. Если фактическое значение температуры превышает заданное значение эталонной температуры, то датчик температуры соответственно выдает выходное напряжение (низкое или высокое).

Если мы рассмотрим базовую схему компаратора, то из-за шума будут высокочастотные колебания напряжения. Эту проблему необходимо учитывать в случае операционных усилителей, которые специально спроектированы как схемы компаратора. Этот шум возникает всегда, когда входной сигнал напряжения и сигнал опорного напряжения находятся близко друг к другу.

Операционный усилитель в качестве схемы компаратора

Колебания напряжения высокой частоты вызваны из-за случайный характер шума, из-за этого, в быстрых сукцессиях, напряжение входного сигнала становится больше или меньше, чем опорное напряжение. Таким образом, выходной сигнал будет колебаться между максимальным и минимальным уровнем напряжения. Эту проблему можно уменьшить, применив гистерезис . Мы можем отрегулировать зазор гистерезиса в схеме триггера Шмитта, применив гистерезис к схеме компаратора операционного усилителя с использованием положительной обратной связи. На рисунке показан операционный усилитель в виде схемы компаратора с гистерезисом.

Операционный усилитель как рабочая схема компаратора

Как правило, выходной сигнал операционного усилителя колеблется от положительного и отрицательного до экстремального напряжения, которое примерно равно потенциалам питания. Если 741 на усилителе подключен к +/- 18 В, тогда максимальное выходное напряжение задается как +/- 15 В. Это связано с чрезвычайно высоким коэффициентом усиления разомкнутого контура операционного усилителя (от 10 000 до 1 миллиона). Таким образом, если на каком-либо входе создается разница напряжений +/- 150 микровольт, то она будет усилена примерно в миллион раз, а выход перейдет в насыщение. Таким образом, выход остается на максимальном или минимальном значении.

Операционный усилитель как схема работы компаратора

При использовании операционного усилителя в качестве компаратора в измерительных приборах, разомкнутый контур может использоваться для сравнения двух напряжений. Поэтому, в зависимости от разности между значением входного напряжения и значения опорного напряжения, выход Vout будет равен максимальному высокому значению или минимальному значению низкого (значение входного напряжения будет больше или меньше, чем значение напряжения опорного несколько микро- вольт).

Опорное напряжение подается на входной терминал неинвертирующий ОУ и переменное напряжение подается на инвертирующий входной вывод операционного усилителя. Рассмотрим схему компаратора схемы ОУ, показанного на рисунке, если напряжение подается на контакт 2 больше, чем опорное напряжение подается на контакт 3, то выходное напряжение становится низким, и это незначительно больше, чем -vs. Если напряжение подается на контакт 2 меньше, чем опорное напряжение подается на контакт 3, то выходное напряжение становится высоким, и это незначительно меньше, чем + Vs.

“Таблица истинности декодера 3: 8 ”

Существует много операционных усилителей, предназначенных для работы компараторов, эти схемы компараторов на операционных усилителях используются для высокоскоростных сравнений. Состояние выхода этих схем компаратора операционного усилителя изменяется менее чем за 1 микросекунду. Но эти схемы компаратора на операционных усилителях для высокоскоростного сравнения потребляют больше энергии, в зависимости от скорости сравнения. В зависимости от скорости сравнения и количества потребляемой мощности эти компараторы подразделяются на разные типы. Конкретный компаратор операционного усилителя может использоваться для конкретного приложения в зависимости от требуемой скорости и / или потребляемая мощность .

Применение операционного усилителя в качестве компаратора в практических электронных схемах

Система мониторинга температуры и влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием Проект Arduino предназначен для разработки автоматической системы полива, которая управляет включением (включением и выключением) электродвигателя насоса путем определения влажности почвы.

Система мониторинга температуры и влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием Arduino от Edgefxkits.com

Устройство считывает влажность почвы, и соответствующий сигнал подается на плату Arduino. Это достигается с помощью операционного усилителя в качестве схемы компаратора, действующей как интерфейс между датчиком и микроконтроллером. На основании сигнала, полученного от датчика, включается водяной насос. ЖК-дисплей используется для отображения состояния влажности почвы и водяного насоса.

Кроме того, техническая помощь может быть предоставлена на основе ваших запросов, размещенных в разделе комментариев ниже. Вы можете скачать нашу бесплатную электронную книгу на разработка проектов электроники самостоятельно.

Знаете ли вы какие-либо приложения для встроенных систем, в которых операционный усилитель используется в качестве схемы компаратора?