Operační zesilovač jako obvod komparátoru a pracovní provoz

Obecně jsou komparátory klasifikovány do různých typů, jako jsou elektrické komparátory, elektronické komparátory, mechanické komparátory, optické komparátory, komparátory sigma, pneumatické komparátory, digitální komparátory atd. Tyto komparační obvody se obvykle používají při navrhování elektrických a projekty elektroniky . V tomto článku pojednáváme o tom, jak používat operační zesilovač jako komparátorový obvod a pracovní operaci zesilovače jako komparátorového obvodu. Ale především musíme vědět, co je to operační zesilovač a komparátorový obvod.

Operační zesilovač

Operační zesilovač

Na obrázku je zobrazen stejnosměrný elektronický napěťový zesilovač s vysokým ziskem, který se skládá ze dvou vstupních svorek. Diferenciální vstup je napájen do dvou vstupních svorek (invertující vstupní svorka a neinvertující vstupní svorka) operačního zesilovače a na svorce Vout vytváří jediný výstupní potenciál. Potenciální rozdíl přiváděný k jeho dvěma vstupním svorkám je tedy zesílen pro produkci zesíleného výstupu. Tento zesílený výstup se rovná stotisícinásobku rozdílu mezi vstupními signály.

Výstup zesilovače může být uveden jako

Vout = AOL (V + - V-)

Kde,

• AOL je zisk otevřené smyčky zesilovače
• V + je neinvertující vstup zesilovače
• V- je invertující vstup zesilovače

I když existují různé typy operačních zesilovačů „741 operační zesilovače se často používají jako komparační obvod v několika elektronických obvodech.

Komparátorový obvod

Zařízení, které se skládá ze dvou vstupních svorek, ve kterých je referenční vstupní signál přiváděn na jednu svorku a skutečná hodnota signálu je přiváděna do jiné svorky. Poté je na výstupní svorce generován výstupní signál na základě rozdílu mezi dvěma vstupními signály přiváděnými do dvou vstupních svorek. Tento generovaný výstupní signál je buď 0 (nízký) nebo 1 (vysoký).

V terminologii elektrotechniky a elektroniky se zařízení používané k porovnání dvou napěťových signálů nebo proudových signálů přiváděných ke dvěma analogovým vstupním svorkám, čímž vytváří jeden binární digitální výstupní signál, který označuje větší vstupní signál, se nazývá jako komparátorový obvod .

Komparátorový obvod

Dvě analogové vstupní svorky jsou ve výše uvedeném komparátorovém obvodu reprezentovány jako V + (Vin) & V- (Vref). Digitální výstup je generován na výstupní svorce V0 (Vout). Výstupní signál komparátoru je dán vztahem

Pokud V +> V- (Vin je větší než Vref), pak V0 = 1 a
Pokud V +

Obecně se komparátory používají v zařízeních, jako jsou relaxační oscilátory, analogově-digitální převodníky (ADC), a také v zařízeních, která se používají k měření analogových signálů. Komparátory se skládají z diferenciálních zesilovačů s vysokým ziskem a jako komparátorový obvod můžeme použít operační zesilovač.

Op Amp jako komparátor

741 operační zesilovače jsou základní operační zesilovače, které lze použít jako komparační obvod v mnoha elektronických obvodech. Pokud například vezmeme v úvahu a spínač s řízenou teplotou poté se provede přepínací operace na základě teploty. Pokud skutečná hodnota teploty překročí přednastavenou hodnotu referenční teploty, pak je teplotním čidlem odpovídajícím způsobem generováno výstupní napětí (nízké nebo vysoké).

Pokud vezmeme v úvahu základní uspořádání komparátoru, pak dojde k vysokofrekvenčním změnám napětí způsobeným hlukem. Tento problém je třeba vzít v úvahu v případě operačních zesilovačů, které jsou zvláště navrženy jako komparační obvody. Tento šum je vytvářen vždy, když jsou vstupní napěťový signál a signál referenčního napětí blízko u sebe.

Operační zesilovač jako komparátorový obvod

Vysokofrekvenční variace napětí jsou způsobeny náhodnou povahou šumu, díky čemuž se v rychlém sledu napětí vstupního signálu stává větším nebo menším než referenční napětí. Výstupní signál tedy bude oscilovat mezi maximální úrovní napětí a minimální úrovní napětí. Tento problém lze snížit použitím hystereze . Můžeme upravit mezeru hystereze v uspořádání Schmittova spouštěcího obvodu aplikací hystereze na obvod komparátoru operačních zesilovačů pomocí pozitivní zpětné vazby. Obrázek ukazuje operační zesilovač jako komparátorový obvod s hysterezí.

Operační zesilovač jako pracovní operace komparátoru

Obecně výstup operačního zesilovače kolísá od kladného a záporného do extrémního napětí, které je přibližně stejné jako napájecí potenciály. Pokud 741 na zesilovači je připojeno k +/- 18V, pak je maximální výstupní napětí uvedeno jako +/- 15V. To je způsobeno extrémně vysokým ziskem otevřené smyčky operačního zesilovače (10 000 až 1 milion). Pokud je tedy jakýmkoli vstupem vytvořen +/- 150 mikrovoltů rozdílu napětí, bude zesílen přibližně přibližně miliónkrát a výstup bude řízen do sytosti. Výstup tedy zůstane na své maximální nebo minimální hodnotě.

Operační zesilovač jako pracovní schéma komparátoru

Při použití operačního zesilovače jako komparátoru v přístrojové technice lze použít otevřenou smyčku k porovnání dvou napětí. Proto se v závislosti na rozdílu mezi hodnotou vstupního napětí a hodnotou referenčního napětí bude výstup Vout rovnat maximální vysoké hodnotě nebo minimální nízké hodnotě (hodnota vstupního napětí bude větší nebo menší než hodnota referenčního napětí několik mikro voltů).

Referenční napětí se přivádí do neinvertující vstupní svorky operačního zesilovače a proměnné napětí se přivádí do invertující vstupní svorky operačního zesilovače. Vezměte v úvahu schéma zapojení komparátoru operačních zesilovačů zobrazené na obrázku, je-li napětí přiváděné na pin 2 větší než referenční napětí přiváděné na pin 3, pak je výstupní napětí nízké a je nepatrně větší než –Vs. Pokud je napětí přiváděné na pin 2 menší než referenční napětí přiváděné na pin 3, pak je výstupní napětí vysoké a je nepatrně menší než + Vs.

Existuje mnoho operačních zesilovačů určených pro provoz komparátorů, tyto obvody komparátorů operačních zesilovačů se používají pro vysokorychlostní srovnání. Stav výstupu těchto obvodů komparátoru operačních zesilovačů se změní za méně než 1 mikrosekundu. Tyto vysokorychlostní komparační obvody komparátoru operačních zesilovačů však spotřebovávají více energie v závislosti na rychlosti porovnání. Na základě rychlosti srovnání a velikosti spotřeby energie jsou tyto komparátory rozděleny do různých typů. Specifický komparátor operačních zesilovačů lze použít pro konkrétní aplikaci v závislosti na požadované rychlosti a / nebo spotřeba energie .

Využití OP Amp jako komparátoru v praktických obvodech Electroncis

Systém monitorování teploty a vlhkosti půdy založený na bezdrátových senzorových sítích využívajících Projekt Arduino je určen pro vývoj automatického zavlažovacího systému, který řídí spínací (zapínací a vypínací) motor čerpadla snímáním obsahu vlhkosti v půdě.

Monitorovací systém teploty a vlhkosti půdy založený na bezdrátových senzorových sítích pomocí Arduino od Edgefxkits.com

Uspořádání snímání snímá vlhkost půdy a na desku Arduino je vydáván vhodný signál. Toho je dosaženo použitím operačního zesilovače jako komparačního obvodu fungujícího jako rozhraní mezi snímacím uspořádáním a mikrokontrolérem. Na základě signálu přijatého ze snímacího uspořádání je provozováno vodní čerpadlo. LCD displej slouží k zobrazení stavu obsahu půdní vlhkosti a vodního čerpadla.

Kromě toho lze poskytnout technickou pomoc na základě vašich dotazů zveřejněných v sekci komentářů níže. Můžete si stáhnout naši bezplatnou e-knihu na designové projekty elektroniky na vlastní pěst.

Znáte nějaké aplikace vestavěných systémů, ve kterých se operační zesilovač používá jako komparátorový obvod?