Компаратор микросхема. Компараторы микросхем: принцип работы, типы и применение в электронике

Что такое компаратор микросхема. Как работают компараторы напряжения. Какие бывают виды компараторов. Где применяются компараторы в электронике. Основные характеристики и параметры компараторов.

Что такое компаратор микросхема и как он работает

Компаратор микросхема — это электронное устройство, которое сравнивает два входных напряжения или тока и выдает цифровой выходной сигнал, показывающий, какой из входов больше. Принцип работы компаратора основан на сравнении двух аналоговых сигналов:

• Опорное напряжение подается на один вход
• Измеряемое напряжение подается на другой вход
• Компаратор сравнивает эти два напряжения
• На выходе формируется логический сигнал 0 или 1 в зависимости от результата сравнения

Таким образом, компаратор преобразует аналоговый сигнал в цифровой, что позволяет использовать его для сопряжения аналоговых и цифровых схем. Это делает компараторы очень востребованными компонентами в современной электронике.

Основные типы компараторов микросхем

Существует несколько основных типов компараторов микросхем:

1. Инвертирующий компаратор

В инвертирующем компараторе опорное напряжение подается на неинвертирующий вход, а измеряемое — на инвертирующий. Выходной сигнал инвертирован относительно входного.

2. Неинвертирующий компаратор

В неинвертирующем компараторе опорное напряжение подключается к инвертирующему входу, а измеряемое — к неинвертирующему. Выходной сигнал совпадает по фазе с входным.

3. Компаратор с гистерезисом

Компаратор с гистерезисом имеет разные пороговые уровни переключения при нарастании и спаде входного сигнала. Это позволяет исключить ложные срабатывания от помех.

4. Компаратор с открытым коллектором

Выход компаратора с открытым коллектором требует подключения внешнего подтягивающего резистора. Такая схема удобна для работы с различными логическими уровнями.

Где применяются компараторы в электронике

Компараторы микросхем находят широкое применение в различных областях электроники:

• Аналого-цифровые преобразователи
• Генераторы импульсов
• Детекторы уровня сигнала
• Схемы защиты от перенапряжения
• Измерительные приборы
• Источники питания
• Системы управления двигателями

Компараторы используются везде, где необходимо сравнивать аналоговые сигналы и формировать цифровой выход по результатам сравнения. Это делает их незаменимыми компонентами во многих электронных устройствах.

Ключевые параметры и характеристики компараторов

При выборе компаратора для конкретного применения важно учитывать его основные параметры:

• Быстродействие — время задержки срабатывания
• Входное напряжение смещения
• Входной ток смещения
• Коэффициент подавления синфазного сигнала
• Диапазон входных и выходных напряжений
• Напряжение питания
• Потребляемая мощность

Правильный выбор компаратора с оптимальными характеристиками позволяет создавать надежные и эффективные электронные схемы для различных приложений.

Отличия компаратора от операционного усилителя

Хотя компаратор и операционный усилитель имеют схожую структуру, между ними есть ряд существенных отличий:

• Компаратор оптимизирован для работы в ключевом режиме, а ОУ — в линейном
• Компаратор имеет более высокое быстродействие
• ОУ имеет внутреннюю частотную коррекцию, которая не нужна компаратору
• Выход компаратора рассчитан на подключение цифровых схем
• Компаратор обычно работает без обратной связи

Поэтому для задач сравнения сигналов рекомендуется использовать специализированные компараторы, а не операционные усилители общего назначения. Это позволит получить оптимальные характеристики схемы.

Популярные модели компараторов микросхем

На рынке представлено множество моделей компараторов от разных производителей. Вот некоторые из наиболее популярных серий:

• LM311 — классический компаратор общего назначения
• LM339 — счетверенный компаратор с низким энергопотреблением
• LM393 — сдвоенный компаратор с низким напряжением смещения
• LM324 — счетверенный операционный усилитель, часто используемый как компаратор
• TLV3201 — сверхбыстрый компаратор с временем задержки 8 нс

При выборе конкретной модели компаратора следует руководствоваться требованиями к параметрам схемы и условиям ее эксплуатации. Это позволит подобрать оптимальный вариант для решения поставленной задачи.

Заключение

Компараторы микросхем являются важными компонентами современной электроники, обеспечивающими сопряжение аналоговых и цифровых схем. Они позволяют сравнивать аналоговые сигналы и формировать логические уровни на выходе. Правильное понимание принципов работы и характеристик компараторов позволяет эффективно применять их в различных электронных устройствах.

что, как, дизайн, работа, типы

Что такое схема компаратора?

Компаратор или компаратор напряжения — это устройство, используемое для сравнения двух уровней напряжения. Мы можем определить, какой уровень напряжения выше, по выходу компаратора. Это применение типичных операционных усилителей, и, кроме того, у него есть приложения.

Что делает схема компаратора?

A компаратор сравнивает два заданных входных напряжения и выдает выходной сигнал, показывающий, какое напряжение имеет более высокое значение. Схема принимает вход с помощью инвертирующих и неинвертирующих клемм и обеспечивает выход с выходной клеммы. Выходной диапазон лежит между положительным напряжением насыщения и отрицательным напряжением насыщения.

Схема компаратора операционного усилителя

На изображении ниже представлена ​​принципиальная схема схемы компаратора. Как мы можем заметить, схема содержит только операционный усилитель, и входное напряжение подается в нее через инвертирующие и неинвертирующие клеммы.

Изображение Автор -Индуктивная нагрузка, Компаратор операционных усилителей, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

Схема компаратора выполнена на операционном усилителе. Для подготовки к работе предусмотрены входные напряжения. В нем нет встроенной системы обратной связи. Опорное напряжение и сигнал напряжения подаются через ОУ. Также предусмотрены входы положительного и отрицательного напряжения насыщения. Ориентировочный выходной сигнал собирается с выхода операционного усилителя.

Как работает схема компаратора?

Принцип работы компаратора довольно прост. Как правило, он сравнивает два источника напряжения и обеспечивает большую мощность. Ниже упомянутые два пункта констатируют работу.

• Если напряжение на неинвертирующем выводе выше, чем напряжение на инвертирующем выводе, выход переключается на положительное напряжение насыщения операционного усилителя.
• Если напряжение инвертирующего терминала выше, чем напряжение на неинвертирующем терминале, выход переключается на отрицательное напряжение насыщения операционного усилителя.

Схема компаратора напряжения на ОУ 741

Операционный усилитель 741 — это интегральная схема, содержащая операционный усилитель. Компаратор напряжения может быть создан с использованием операционного усилителя 741. На рисунке ниже представлена ​​принципиальная схема неинвертирующего компаратора напряжения с использованием операционного усилителя 741.

Компаратор на ОУ 741

Блок-схема компаратора

Работу компаратора можно представить с помощью блок-схем. На следующем изображении представлена ​​блок-схема компаратора.

Блок-схема компаратора

Реле цепи компаратора

Реле — это переключатели, которые могут управлять цепью. Он может включать или выключать цепь, а также подключать и отключать цепь от другой цепи. Компаратор широко используется в качестве реле.

Схема компаратора использует

Компаратор — ценное и важное устройство. Есть несколько применений компараторов. Некоторые применения компараторов перечислены ниже.

• Детектор нуля: Если значение равно нулю, детектор нуля обнаруживает его. Компаратор обычно представляет собой усилитель с высоким коэффициентом усиления, а для управляемых входов компаратор подходит для обнаружения нуля.
• Сдвиг уровня: Сдвигатель уровня может быть сконструирован с использованием одного операционного усилителя. Используя подходящее подтягивающее напряжение, схема обеспечивает большую гибкость при выборе интерпретируемых напряжений.
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП): Компараторы используются для создания аналого-цифровых преобразователей. В преобразователе выход показывает, какое напряжение выше. Эта операция аналогична 1-битному квантованию. Именно поэтому компараторы используются практически в каждом аналого-цифровом преобразователе.
• Помимо упомянутых приложений, существует множество других компараторов, таких как — Осциллятор релаксации, в детекторах абсолютных значений, в детекторах перехода через ноль, в оконных детекторах и т. Д.

Схема фаззинга компаратора

Схемы Fuzz могут быть разработаны с использованием компараторов. Микросхема LM311 является таким примером нечеткого компаратора. Мы обсудим это позже, когда речь идет о LM311.

Как сделать компаратор?

Компаратор — это конкретное и простое в изготовлении электрическое устройство. Для построения компаратора нам понадобится ОУ и напряжения питания. Сначала на операционный усилитель подается положительное и отрицательное напряжения насыщения. Выход будет варьироваться в этом диапазоне напряжений. Затем на их инвертирующие и неинвертирующие клеммы подаются входы. Опорное напряжение подается на неинвертирующую клемму, а входное напряжение подается на инвертирующую клемму. В этой схеме нет системы обратной связи.

Схема компаратора напряжения

Схема компаратора может обнаруживать высокие напряжения между двумя напряжениями. Компараторы, которые обычно сравнивают с напряжениями, известны как схема компаратора напряжения.

Принципиальная схема фазового компаратора

Фазовый компаратор — это аналоговая логическая схема, способная смешивать и умножать. Он обнаруживает разность фаз между двумя заданными сигналами, генерируя сигнал напряжения. На изображении ниже представлена ​​принципиальная схема фазового компаратора.

Схемы сравнения Ic

Как упоминалось ранее, компаратор сравнивает два сигнала напряжения и выдает ориентировочный выходной сигнал. Компараторы встроены в интегральную схему для удобства использования. На изображении ниже представлены схемы для компаратора ic.

Типичный компаратор IC

Схема компаратора lM358

lm358 — это микросхема компаратора, состоящая из двух компараторов внутри нее. Он имеет восемь контактов. Эта микросхема не требует какого-либо независимого внешнего источника питания для работы каждого компаратора. Принципиальная схема микросхемы приведена ниже.

LM358 Компаратор IC

Внутренняя схема компаратора

Компаратор разработан с использованием операционного усилителя — операционного усилителя в качестве дополнительной схемы. Внутренняя схема внутри микросхемы приведена ниже на схеме. Наблюдая за схемой, мы видим, что она состоит в основном из транзисторов, диодов и резисторов. Внутреннюю схему можно разделить на три части в зависимости от их работы. Это входной каскад, каскад усиления и выходной каскад.

Внутренняя схема компараторов, Изображение: Герберж at Английский Википедия, Динамический компаратор, CC BY-SA 3.0

Схема компаратора

Принципиальная схема компаратора приведена ниже. Внутренняя принципиальная схема аналогична схеме внутреннего компаратора. В нем есть Диоды, транзисторы и резисторы. Внутренне связанные компоненты работают как компаратор.

Схема компаратора триггера Шмитта

Триггер Шмитта — это вирусная схема, используемая для повышения помехоустойчивости и снижения вероятности множественного переключения.

A триггер Шмитта представляет собой схему компаратора с отдельными уровнями переключения входов для изменения выходов. Схема компаратора триггера Шмитта изображена на схеме ниже.

Триггер Шмитта с использованием двух компараторов — Индуктивная нагрузка, Операционный усилитель Шмитта Триггер, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

Схема компаратора таймера 555

Таймер 555 представляет собой схему генератора. Он известен как таймер 555, поскольку в нем есть три резистора по 5 кОм, которые внутренне подключены для обеспечения опорных напряжений для обоих компараторов схем таймера. Микросхема таймера A555 используется в таймерах задержки, светодиодных индикаторах, генерации импульсов и т. Д. Базовая блок-схема микросхемы таймера 555 приведена ниже. Есть два компаратора, транзистор NPN, триггер, три резистора 5 кОм и выходной драйвер.

Изображение для сравнения Автор: Собственная работа на основе: NE555 нестабильный.png, 555 эскема, CC BY-SA 3.0

схема компаратора с использованием lm324

lm324 — это ИС общего назначения для операционных усилителей, внутри которой находятся четыре операционных усилителя. Его также можно использовать в качестве компаратора. Операционные усилители обладают более высокой стабильностью, более широкой полосой пропускания. LM324 имеет 14 контактов. схема контактов lm324 приведен ниже.

Номер контакта	Описание
1	Выход первого компаратора
2	Инвертирующий вход первого компаратора
3	Неинвертирующий вход первого компаратора
4	Напряжение питания 5В
5	Неинвертирующий вход второго компаратора
6	Инвертирующий вход второго компаратора
7	Выход второго компаратора
8	Выход третьего компаратора
9	Инвертирующий вход третьего компаратора
10	Неинвертирующий вход третьего компаратора
11	Контакт заземления (GND)
12	Неинвертирующий вход четвертого компаратора
13	Инвертирующий вход четвертого компаратора
14	Выход четвертого компаратора

Принципиальная схема компаратора LM324 изображена на схеме ниже.

схема компаратора lm139

lm139 — еще одна микросхема компаратора. Он имеет четыре отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы от одного источника питания. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой и дополнительной МОП-логикой. IC имеет задержку распространения 0.7 микросекунды.

На изображении ниже изображена внутренняя принципиальная схема компаратора lm139.

Компаратор IC LM 139, Изображение — Texas Instruments

схема компаратора lm319

lm319 — еще одна микросхема компаратора с 14 контактами. Он имеет два отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы в широком диапазоне напряжений питания. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой и комплементарной МОП-логикой, RTL, DTL. IC имеет задержку распространения 0.025 микросекунды.

Схема компаратора напряжения lm311

lm311 — еще одна микросхема компаратора с восемью контактами. Имеет единственный компаратор. Микросхема имеет время отклика минимум 0.200 наносекунды и типичное усиление напряжения 200.

На изображении ниже изображена внутренняя принципиальная схема компаратора lm311.

LM 311 Компараторы

схема компаратора lm339

lm339 — еще одна микросхема компаратора. Он имеет четыре отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы от одного источника питания и для широкого диапазона напряжений. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой, дополнительной МОП-логикой и DTL, ECL, MOS-логикой. IC имеет задержку распространения 0.7 микросекунды.

Пример схемы компаратора операционного усилителя

Компараторные схемы операционного усилителя используются в различных приложениях. Например, чтобы убедиться, что входное значение достигло пика или определенного значения или нет, или для квантования в АЦП, также в оконных детекторах, детекторах перехода через ноль и т. Д.

Схема компаратора окна напряжения

Оконный компаратор относится к схеме, которая работает только в определенном кадре, окне или напряжении. Компаратор напряжения сравнивает два сигнала и выдает выходной сигнал. Для схемы компаратора окна, есть то, что называется сэндвич эффект: если входное напряжение идет выше, чем опорное напряжение низкого уровня. Контур включен, и если входное напряжение становится выше, чем опорное напряжение высокого уровня, то схема выключена.

Компоненты, необходимые для компаратора окна напряжения:

• Операционные усилители LM741 (2)
• Чип инвертора 4049 (1)
• Резистор 470 Ом (1)
• 1N4006 Диоды (2)
• LED

Схема компаратора окна напряжения представлена ​​на рисунке ниже.

Схема компаратора с фиксацией

Компаратор с защелкой разработан с использованием защелки StrongArm. Защелка StrongArm считается первичным каскадом усиления решения. На следующем этапе используется фиксирующий элемент, несущий выходную нагрузку.

Схема компаратора операционного усилителя с гистерезисом

Разница между верхней точкой срабатывания и нижней точкой срабатывания составляет гистерезис. Гистерезис связан с концепцией триггера Шмитта. Если типичный компаратор разработан с положительной обратной связью, эта схема вызывает гистерезис. На изображении ниже показана принципиальная схема.

Схема рекуперативного компаратора

Схема триггера Шмитта также называется схемами рекуперативного компаратора. Они используются для повышения помехоустойчивости и снижения вероятности многократного переключения схем регенеративного компаратора для разработки других сложных схем. Они используются в АЦП, схемах слайсеров, считывании памяти и т. Д. Принципиальная схема триггера Шмитта упоминается как принципиальная схема схемы рекуперативного компаратора.

Схема компаратора температуры

Температурный контур — это цифровая электронная схема, которая измеряет, ниже ли температура на входе заданной эталонной температуры. Это один из основных примеров схемы компаратора. Датчики температуры включают компаратор.

Часто задаваемые вопросы

1. Как работает схема компаратора?

Ответ: Принцип работы компаратора довольно прост. Как правило, он сравнивает два источника напряжения и обеспечивает большую мощность. Ниже упомянутые два пункта констатируют работу.

• Если напряжение на неинвертирующем выводе выше, чем напряжение на инвертирующем выводе, выход переключается на положительное напряжение насыщения операционного усилителя.
• Если напряжение инвертирующего терминала выше, чем напряжение на неинвертирующем терминале, выход переключается на отрицательное напряжение насыщения операционного усилителя.

2. Типы схем компаратора

Ответ: Есть несколько типов компараторов. Некоторые из широко используемых усилителей перечислены ниже.

3. Почему выходное напряжение в схеме компаратора операционного усилителя равно напряжению насыщения?

Ответ: Цепи компаратора не имеют обратной связи. Таким образом, операционный усилитель имеет коэффициент усиления без обратной связи. Для идеального операционного усилителя коэффициент усиления без обратной связи бесконечен, а для практичного операционного усилителя коэффициент усиления очень высокий. Теперь напряжение насыщения типичных операционных усилителей составляет + — 15 В. Операционный усилитель насыщается при +13 или -13 В. Теперь операционный усилитель быстро насыщается при небольшом входном напряжении. Именно поэтому выходное напряжение в схеме компаратора равно напряжению насыщения.

4. В схеме компаратора ОУ, почему используется опорное напряжение

Ответ: Сравнение производится между двумя или более количествами. Чтобы указать, что более важно, нам нужна ссылка, чтобы решить. Нам нужно определить, какое напряжение более важно для компаратора. Поэтому опорное напряжение используется, чтобы принять решение.

5. Как схема цифрового компаратора различает меньшее и большее значащее число?

Ответ: Цифровой компаратор сравнивает два двоичных числа. Компаратор сначала определяет эквивалентное напряжение двоичных чисел, а затем определяет, какое число меньше, какое число является значимым.

Дополнительные статьи по электронике нажмите здесь.

Микросхема Квадрантный дифференциальный компаратор (=LM339) LM239N 543839612

Доступно на складах

Наличие

Наличие

Доступно на складах

Адрес магазина

Режим работы

Наличие

• Волгоградская улица, 105

  с 8:00 до 19:00

  Наличие:

  Нет в наличии

• Сухумское шоссе, 110А

  с 8:00 до 19:00

  Наличие:

  Нет в наличии

• Шоссейная улица, 150

  с 8:00 до 20:00

  Наличие:

  Нет в наличии

• Волгоградская улица, 99

  с 8:00 до 19:00

  Наличие:

  Нет в наличии

Просмотренные товары

30 ₽

В корзину 6 шт.

Артикул: 543839612

На складе 6 шт.

Микросхема Квадрантный дифференциальный компаратор (=LM339) LM239N 543839612

В корзину

Что такое компараторы? — Основы схемы

Компараторы — это устройства, которые сравнивают два напряжения или тока и выводят цифровой сигнал, указывающий, какое из них больше. Выходное значение компаратора указывает, какой из входов больше или меньше. Компаратор сравнивает два подаваемых на него входных сигнала и выдает результат сравнения. Он имеет две аналоговые входные клеммы и один двоичный цифровой выход. Они обычно используются в устройствах, которые измеряют и оцифровывают аналоговые сигналы, таких как АЦП последовательного приближения и генераторы релаксации.

Использование для компаратора

Компараторы часто используются для проверки того, достиг ли вход заданного значения. Например, их можно использовать для определения того, когда температура, определяемая термистором, превышает определенный порог.

Компараторы состоят из специализированных дифференциальных усилителей с высоким коэффициентом усиления. Компараторы используются для обнаружения, когда произвольно изменяющийся входной сигнал достигает опорного уровня или определенного порогового уровня. Такие устройства могут быть разработаны с использованием различных компонентов, таких как диоды, транзисторы и операционные усилители. Их можно найти во многих электронных устройствах для управления логическими схемами.

Компараторы могут усиливать или ослаблять этот вход и выполнять математические операции, такие как сложение, вычитание, интегрирование и дифференцирование.

Инвертирующий компаратор

Инвертирующий компаратор представляет собой компаратор на основе операционного усилителя, в котором опорное напряжение подается на его неинвертирующий вывод, а входное напряжение подается на его инвертирующий вывод. Этот компаратор называется инвертирующим компаратором, потому что сравниваемое входное напряжение подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

Работа инвертирующего компаратора проста. Он выдает одно из двух значений и на выходе на основе значений входного напряжения и опорного напряжения. Принципиальная схема инвертирующего компаратора показана на следующем рисунке.

Неинвертирующий компаратор

Неинвертирующий компаратор представляет собой компаратор на основе операционного усилителя, в котором опорное напряжение подается на его инвертирующий вывод. Входное напряжение, с другой стороны, подается на его неинвертирующий вывод. Этот компаратор на основе операционного усилителя называется неинвертирующим компаратором, поскольку сравниваемое входное напряжение подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя. Принципиальная схема неинвертирующего компаратора показана на следующем рисунке.

Операционный усилитель LM324

Микросхема операционного усилителя LM324 может работать как компаратор. Эта ИС имеет четыре независимых операционных усилителя на одном кристалле.

Это маломощный счетверенный операционный усилитель с высокой стабильностью и полосой пропускания, предназначенный для работы от одного источника питания в широком диапазоне напряжений. Счетверенный усилитель может работать при напряжении питания от 3,0 В до 3,2 В с током покоя примерно в пять раз меньше, чем у MC174. Входной диапазон синфазного сигнала включает отрицательное питание, что устраняет необходимость во внешних компонентах смещения во многих приложениях. В диапазон выходного напряжения также входит отрицательное напряжение источника питания. Схема компаратора LM324 состоит из напряжения датчика, опорного напряжения, Vcc, земли и выходных контактов.

Один источник питания может работать с LM324, но он также может использовать два источника питания. В качестве клемм или контактов используются контакты 4 и 11. Источники питания заставят работать все четыре операционных усилителя.

Для первого операционного усилителя инвертирующий вход подается на контакт 2, а неинвертирующий — на контакт 3. Выход первого операционного усилителя подается на контакт 1.

Для второго операционного усилителя вход инвертирующий вход подается на вывод 6, а неинвертирующий — на вывод 5. Выход второго операционного усилителя — на вывод 7.

Для третьего операционного усилителя инвертирующий вход подается на контакт 9, а неинвертирующий — на контакт 10. Выход третьего операционного усилителя поступает на контакт 8.

Наконец, для четвертого операционного усилителя , инвертирующий вход подается на контакт 13, а неинвертирующий — на контакт 12. Выход четвертого операционного усилителя — на контакт 14.

Надеюсь, эта статья помогла вам лучше понять, как работают компараторы! Оставьте комментарий ниже, если у вас есть вопросы о чем-либо.

Помимо операционных усилителей — проектирование с использованием компараторов на интегральных схемах

Загрузите эту статью в формате PDF.

Компаратор — отличная схема, потому что он обеспечивает почти идеальный переход между аналоговой и цифровой областями. Компаратор анализирует два линейных входных сигнала и выдает на цифровой выход высокий или низкий уровень в зависимости от того, находится ли один вход выше или ниже другого. Простой, но широко полезный.

Если вам нужен этот тип схемы в вашей конструкции, лучше всего использовать компаратор IC, который был разработан для таких приложений. Однако большинству разработчиков известно, что в качестве компаратора можно использовать стандартный операционный усилитель. А в некоторых конструкциях может быть доступен дополнительный операционный усилитель, что позволяет избежать дополнительных затрат или необходимости в большем пространстве.

Скорее всего, полученный компаратор на операционных усилителях не будет обеспечивать желаемую оптимальную производительность. Эта любительская ошибка проектирования может привести к увеличению времени отладки и перепроектирования, чем планировалось. Лучший совет заключается в том, что если вам нужен компаратор, используйте компаратор IC, чтобы избежать проблем и добиться наилучшего результата.

 Спонсорские ресурсы:

• TI Precision Labs — Операционные усилители: приложения для сравнения
Операционные усилители
• используются в качестве компараторов — это нормально?
• Компараторы — что за болтовня?

Каковы реальные различия между операционным усилителем и компаратором?

Основные различия между ними включают:

• Встроенная фазовая компенсация, необходимая для стабилизации операционного усилителя, обычно делает устройство слишком медленным для операций переключения компаратора.
• Входные каскады операционного усилителя обычно защищены диодами или другими транзисторами, что часто затрудняет его использование в качестве компаратора.
• Выходной каскад операционного усилителя рассчитан на линейную работу. Выход с биполярными источниками питания колеблется в положительную и отрицательную сторону и должен быть подготовлен для использования в цифровых схемах.
• Реальный выходной каскад компаратора предназначен для работы в режиме насыщения и соответствует обычным цифровым логическим уровням. Выход часто имеет открытый коллектор (сток).
• Операционный усилитель обычно конфигурируется с внешними входными резисторами и резисторами обратной связи для установки коэффициента усиления и других характеристик схемы. Компаратор обычно работает без обратной связи; то есть без обратной связи.
Компараторы
• предлагают более короткое время задержки и очень высокую скорость нарастания по сравнению с операционным усилителем.

Несмотря на то, что может показаться сходством, эти две цепи — разные животные с разными приложениями.

Можно ли использовать операционный усилитель в качестве компаратора? Может быть. Многие инженеры использовали операционный усилитель в качестве компаратора. Это часто делается, когда вам нужен только один компаратор и у вас есть «запасной» операционный усилитель в счетверённом корпусе. Компенсация фазы, необходимая для стабильной работы операционного усилителя, означает, что он будет очень медленным в качестве компаратора, но если требования к скорости невелики, операционного усилителя может быть достаточно. Иногда этот подход работает, но иногда он не работает.

Работа компаратора

1. Вот операционный усилитель, подключенный как инвертор (a), и его передаточная кривая (b).

Один из способов взглянуть на работу компаратора — изучить базовую конфигурацию операционного усилителя, показанную на рис. 1a . Усилитель имеет очень высокий коэффициент усиления без обратной связи (A _OL >> 1000). Он усиливает разницу между двумя входами V ₁ и V ₂ . Вывод:

V _o = A _OL (V ₂ – V ₁ )

Из-за высокого коэффициента усиления дифференциальный входной сигнал не требуется (V ₂ – V 9010 2 1 ) для управления выходом либо на положительную, либо на отрицательную шину питания. Например, если питание составляет ±5 В, а коэффициент усиления без обратной связи составляет 100 000, дифференциальный вход 5/100 000 = 50 мкВ или более приведет к подаче выходного сигнала на шину. На рис. 1b изображена кривая перехода «вход-выход».

2. Показан инвертирующий компаратор с типичными входами (a), его передаточной кривой (b) и входными/выходными сигналами (c).

Настоящий компаратор работает от одного источника питания, который обычно также управляет цифровой логикой. Выход подключен подтягивающим резистором к шине питания (рис. 2а) . Входными данными компаратора являются эталон (V _REF ) и сигнал, который сравнивается с эталоном (V _IN ). Любой из двух входов может быть подключен к опорному или входному сигналу. Обычная схема — это фиксированное значение опорного напряжения и изменяющийся входной сигнал. Двумя распространенными версиями являются инвертирующая и неинвертирующая конфигурации:

• Инвертирующая форма: V _IN подключается к инвертирующему (-) входу усилителя, а V _REF подключается к неинвертирующему (+) входу (рис. 2). Если V _IN > V _REF , выход становится низким. Если V _IN < V _REF , выход становится высоким.
• Неинвертирующая форма: (входы обратные на рис. 2) V _IN подключается к неинвертирующему (+) входу усилителя, а V _REF подключается к инвертирующему (-) входу. Если V _IN > V _REF , выход становится высоким. Если V _IN < V _REF , выход становится низким.

На рис. 2 показано инвертирующее устройство с фиксированным опорным постоянным током и входом треугольной волны (рис. 2c) . При входе ниже порога выход высокий (см. передаточную кривую в рис. 2b ). Когда вход превышает задание, выход переключается на низкий уровень. Позже, когда вход уменьшается, выход снова переключается при прохождении порога.

Работа с шумом

Одна из часто возникающих проблем — это шум или множественные короткие переходы на выходе в пороговых точках. Эта так называемая болтовня возникает, когда входные данные изменяются медленно, и может вызвать ложное срабатывание приложения. Даже при очень чистых входных напряжениях компараторы имеют свой собственный шум, как операционный усилитель. Они также иногда издают шум, когда выход перескакивает с одной шины на другую, отражаясь от цепи питания или вывода обратно на вход.

3. Компаратор с гистерезисом (а) может устранить дребезг в точках перехода (б).

Одним из способов преодоления этого является использование гистерезиса (рис. 3) . Задание подается через два резистора, которые обеспечивают регенеративную или положительную обратную связь, что ускоряет переключение и практически устраняет дребезг.

Что делает гистерезис, так это устанавливает верхнее (V _U ) и нижнее (V _L ) напряжения в точке срабатывания вокруг опорного уровня. Небольшое окошко или мертвая зона обеспечивают чистоту вывода и отсутствие вибрации. Значения R ₁ и R ₂ задают точки срабатывания, которые можно рассчитать с помощью следующих уравнений:

В _U = +V [R ₁ /(R ₁ + R ₂ )] + В _REF [R ₂ /(R ₁ + R ₂ )]

V _L = V _REF [R ₂ /(R ₁ + Р ₂ )]

Узнать больше

Если вы хотите узнать больше об операционном усилителе в качестве компаратора, ознакомьтесь с серией обучающих материалов Texas Instruments Precision Labs по операционным усилителям. Урок 14 посвящен функциональности компаратора и его основным характеристикам постоянного и переменного тока; как применить гистерезис для защиты от входного шума компаратора; плюсы и минусы использования операционных усилителей в качестве компараторов.