Obecně platí, že v elektronice komparátor se používá k porovnání dvou napětí nebo proudy, které jsou uvedeny na dvou vstupech komparátoru. To znamená, že to trvá dvě vstupní napětí, pak je porovná a dá diferenciální výstupní napětí buď na vysoké nebo nízké úrovni signálu. Komparátor se používá ke snímání, když libovolný měnící se vstupní signál dosáhne referenční úrovně nebo definované prahové úrovně. Komparátor lze navrhnout pomocí různé komponenty jako diody, tranzistory, operační zesilovače . Komparátory nacházejí v mnoha elektronických aplikacích, které lze použít k řízení logických obvodů.
Symbol komparátoru
Op-Amp jako komparátor
Když se podíváme pozorně na komparátor, poznáme to jako Operační zesilovač (operační zesilovač) symbol, takže to, čím se tento komparátor liší od operačního zesilovače Op-Amp je navržen tak, aby přijímal analogové signály a vysílal analogový signál, zatímco komparátor poskytuje výstup pouze jako digitální signál, i když jako běžný operační zesilovač lze použít Komparátory (Operační zesilovače jako LM324, LM358 a LM741 nelze použít přímo v obvodech komparátoru napětí.
Operační zesilovače lze často použít jako komparátory napětí, pokud je k výstupu zesilovače přidána dioda nebo tranzistor), ale skutečný komparátor je navržen tak, aby měl rychlejší spínací čas ve srovnání s víceúčelovými operačními zesilovači. Dalo by se tedy říci, že komparátor je upravená verze operačních zesilovačů, která byla speciálně navržena tak, aby poskytovala digitální výstup.
Porovnání výstupních obvodů operačních zesilovačů a komparátorů
Základní obvod komparátoru pracuje
Komparátorový obvod funguje tak, že jednoduše vezme dva analogové vstupní signály, porovná je a poté vytvoří logický výstup s vysokou „1“ nebo nízkou „0“.
Neinvertující komparátorový obvod
Použitím analogového signálu na komparátor + vstup zvaný „neinvertující“ a - vstup zvaný „invertující“ porovná obvod komparátoru tyto dva analogové signály, pokud je analogový vstup na neinvertujícím vstupu větší než analogový vstup na invertováním pak bude výstup kolísat na logicky vysokou hodnotu a to způsobí tranzistor s otevřeným kolektorem Q8 na ekvivalentním obvodu LM339 výše pro zapnutí. Pokud je analogový vstup na neinvertujícím vstupu menší než analogový vstup na invertujícím vstupu, pak se výstup komparátoru přepne na logicky nízkou hodnotu.
Tím se tranzistor Q8 vypne. Jak jsme viděli z obrázku ekvivalentního obvodu LM339 výše, LM339 používá na svém výstupu tranzistor Q8 s otevřeným kolektorem, proto musíme použít „Pull-up“ rezistor který je připojen k vedení kolektoru Q8 s Vcc, aby tento tranzistor Q8 fungoval. Podle datového listu LM339 je maximální proud, který by mohl proudit na tomto tranzistoru Q8 (výstupní klesající proud), asi 18 mA. V- lze vypočítat následovně.
V- = R2.Vcc / (R1 + R2)
Neinvertující vstup komparátoru je připojen k potenciometru 10 K, který také tvoří obvod děliče napětí, kde bychom mohli nastavit začátek napětí V + z Vcc na 0 voltů. Nejprve, když se V + rovná Vcc, výstup komparátoru se přepne na logicky vysokou hodnotu (Vout = Vcc), protože V + je větší než V-.
Tím se tranzistor Q8 vypne a vypne LED se vypne. Když napětí V + poklesne pod V- volty, výstup komparátoru se přepne na logicky nízkou hodnotu (Vout = GND) a tím se zapne tranzistor Q8 a LED se rozsvítí.
Přepínáním analogového vstupu se dělič napětí R1 a R2 připojuje k neinvertujícímu vstupu (V +) a potenciometr připojený k invertujícímu vstupu (V-) získáme opačný výsledek výstupu.
Obrácený komparátorový obvod
Opět platí, že na principu děliče napětí je napětí na neinvertujícím vstupu (V +) asi V- voltů, takže pokud spustíme invertující vstupní napětí (V-) na Vcc voltech, V + je nižší než V-, toto způsobí zapnutí tranzistoru Q8, výstup komparátoru se otočí na logicky nízkou hodnotu. Když nastavíme V- dolů pod V +. Pak tranzistor Q8 VYPNUTO, výstup komparátoru se otočí na logicky vysokou hodnotu, protože V + je nyní větší než V- a LED zhasne.
Aplikace komparátoru v praktických obvodech elektroniky
Systém sledování vlhkosti půdy založený na bezdrátových senzorových sítích pomocí Arduina
The systém monitorování vlhkosti půdy založené na bezdrátových senzorových sítích využívajících projekt Arduino je navrženo pro vývoj automatického zavlažovacího systému, který může řídit spínací provoz (zapnutí / vypnutí) motoru čerpadla v závislosti na obsahu vlhkosti v půdě.
Systém sledování vlhkosti
Senzor vlhkosti snímá vlhkost půdy a na desku Arduino je vydán vhodný signál. Komparátor porovná signály úrovně vlhkosti s předdefinovaným referenčním signálem. Poté vyšle signál do mikrokontroléru. Na základě signálu přijatého ze snímacího uspořádání a signálu komparátoru bude vodní čerpadlo v provozu. LCD displej slouží k zobrazení stavu obsahu půdní vlhkosti a vodního čerpadla.
Obvod snímače srdečního tepu
Systémová implementace čipu Heartrate Monitor
Snímač tepu HRM-2511E má 4 operační zesilovače. Čtvrtý operační zesilovač se používá jako komparátor napětí. Analogový signál PPG je přiváděn na kladný vstup a záporný vstup je vázán na referenční napětí (VR). Velikost VR lze nastavit kdekoli mezi 0 a Vcc pomocí potenciometru P2 (viz výše). Pokaždé, když pulzní vlna PPG překročí prahové napětí VR, výstup komparátoru jde vysoko. Toto uspořádání tedy poskytuje výstupní digitální puls, který je synchronizován s tlukotem srdce. Šířka pulzu je také určena prahovým napětím VR.
Obvod kouřového poplachu
Obvod kouřového poplachu
The fotodiody vyzařují světlo, které je detekováno fototranzistory Q1 a Q2. Horní oblast je utěsněna a pracovní bod tranzistoru Q1 se tak nemění. Tento pracovní bod se používá jako reference pro komparátor. Když kouř vstoupí do spodní oblasti, změní se pracovní bod fototranzistoru Q2, což má za následek změnu napětí Vin od hodnoty základny (bez kouře) Vin (no_smoke). Jako intenzita světla na základně fotografie -tranzistor se snižuje v důsledku vstupu kouře do oblasti, základní proud klesá a napětí Vin se zvýší ze základní hodnoty (bez kouře) Vin (no_smoke). Když napětí Vin překročí Vref, výstup komparátoru se přepne z VL na VH a spustí alarm.
Doufám, že čtením tohoto článku jste získali některé základy a práci na komparátoru. Máte-li jakékoli dotazy týkající se tohoto článku nebo poslední rok projekty elektroniky a elektrotechniky , neváhejte a komentujte v níže uvedené části. Zde je otázka, znáte nějaké aplikace vestavěných systémů, ve kterých se operační zesilovač používá jako komparátorový obvod?