Компараторы на операционных усилителях: принцип работы, схемы, применение

Компаратор с гистерезисом имеет два порога переключения, что повышает помехоустойчивость схемы.

Применение компараторов в электронике

Компараторы широко используются в различных электронных устройствах и системах:

• Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) — для сравнения входного сигнала с опорными уровнями
• Формирователи импульсов — для преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный
• Детекторы уровня — для определения достижения сигналом заданного порога
• Схемы защиты — для контроля превышения допустимых значений напряжения или тока
• Генераторы — в качестве триггера в релаксационных генераторах
• Интерфейсы между аналоговыми и цифровыми схемами

Компараторы позволяют осуществлять преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, что делает их важным элементом многих электронных систем.

Особенности использования ОУ в качестве компаратора

Хотя операционные усилители могут работать как компараторы, у такого применения есть ряд ограничений:

1. Скорость переключения ОУ обычно ниже, чем у специализированных компараторов
2. ОУ могут иметь проблемы с насыщением при большой разнице входных напряжений
3. Некоторые ОУ имеют защитные диоды на входах, ограничивающие диапазон входных напряжений
4. Возможна инверсия фазы выходного сигнала при насыщении входных цепей ОУ
5. Выходные уровни ОУ могут не соответствовать стандартным логическим уровням

Поэтому для ответственных применений рекомендуется использовать специализированные микросхемы компараторов. Они оптимизированы для работы в ключевом режиме и лишены большинства недостатков ОУ при работе в качестве компаратора.

Выбор компаратора для конкретного применения

При выборе компаратора для схемы нужно учитывать следующие параметры:

• Быстродействие — время задержки и время нарастания выходного сигнала
• Точность — входное напряжение смещения, входные токи
• Допустимый диапазон входных и выходных напряжений
• Напряжение питания
• Тип выхода — с открытым коллектором или двухтактный
• Наличие гистерезиса
• Стоимость и доступность

Правильный выбор компаратора позволяет оптимизировать характеристики схемы и избежать проблем при ее эксплуатации.

ОУ в режиме компаратора: допустимо ли это?

16 сентября 2019

Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.

Мы публикуем перевод руководства Трампа на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.

Подписаться на получение уведомлений о публикации новых глав

Многие разработчики (и я тоже) иногда используют операционные усилители в качестве компараторов. Обычно так происходит, когда нужен только один простой компаратор, и у вас остался «запасной» операционный усилитель в микросхеме, содержащей четыре ОУ в одном корпусе. Фазовая компенсация, необходимая для устойчивой работы операционного усилителя, приводит к тому, что из ОУ может получиться только очень медленный компаратор. Однако если требования по быстродействию являются скромными, то ОУ может быть достаточно. Иногда возникают вопросы по такому режиму использованию ОУ. В то время как некоторые операционные усилители работают нормально, другие работают не так, как ожидалось. Давайте разберемся, почему так происходит.

Многие операционные усилители имеют защитные ограничительные диоды, подключенные между входами. Чаще всего используют параллельное включение двух разнонаправленных диодов. Они защищают переход «база-эмиттер» входных транзисторов от обратного пробоя. Для многих ИС пробой перехода «база-эмиттер» начинается при подаче дифференциального входного напряжения около 6 В. Это приводит к повреждению транзисторов или нарушению их работы. На рисунке 73 защиту входного каскада из NPN-транзисторов обеспечивают диоды D1 и D2.

Рис. 73. Внутренние дифференциальные ограничительные диоды, подключенные между входами, предотвращают повреждение транзисторов, но могут помешать работе ОУ в режиме компаратора

В большинстве схем с операционными усилителями входное напряжение близко к нулю, и защитные диоды никогда не включаются. Но очевидно, что эти диоды могут стать проблемой при работе ОУ в режиме компаратора. Мы имеем ограниченный дифференциальный диапазон напряжения (около 0,7 В), при превышении которого один вход будет перетягивать другой, подтягивая его напряжение. Это не исключает возможность работы ОУ в качестве компаратора, но здесь требуется выполнение ряда условий. Эти условия в некоторых схемах могут быть абсолютно неприемлемыми.

Проблема заключается в том, что TI и другие производители операционных усилителей не всегда сообщают о наличии защитных диодов в документации. Даже когда информация о них присутствует, все равно нет четкого предупреждения о возможных проблемах. Наверное, следовало бы прямо говорить: «Будьте осторожны при использовании данного ОУ в качестве компаратора!». На самом деле авторы документации часто предполагают, что операционный усилитель будет использоваться только по прямому назначению. Мы провели встречу с нашей командой разработчиков и решили, что в будущем будем сообщать пользователям о потенциальных проблемах более четко. Но как быть с уже существующими ОУ? Ниже приведены некоторые рекомендации, которые могут помочь.

В большинстве случаев операционные усилители со входными NPN-транзисторами имеют защитные диоды. Примерами могут служить OP07, OPA227, OPA277 и многие другие. Исключением является старый усилитель μA741. У него, кроме входных NPN-транзисторов, имеются дополнительные последовательно включенные PNP-транзисторы, которые обеспечивают встроенную защиту для NPN (рисунок 74).

Рис. 74. ОУ с дополнительными последовательно включенными PNP-транзисторами лучше подходят для работы в качестве компаратора

Усилители общего назначения со входными PNP-транзисторами обычно не имеют встроенных ограничительных диодов (рисунок 75). В качестве примера можно привести LM324, LM358, OPA234, OPA2251 и OPA244. Обычно это ОУ с однополярным питанием “single-supply”, у которых диапазон входных синфазных напряжений начинается от нуля или даже немного ниже. Такие ОУ можно легко распознать: для них в документации указывается отрицательное значение входного тока смещения, то есть он вытекает из усилителя. Стоит особо отметить, что высокоскоростные ОУ со входными каскадами из PNP-транзисторов обычно имеют встроенные ограничительные диоды, так как эти транзисторы имеют невысокое напряжение пробоя.

Рис. 75. LM324 на базе PNP-транзисторов с высоким пробивным напряжением лучше подходит для работы в качестве компаратора

Усилители с JFET- и КМОП-входами, которые работают с более высокими напряжениями (до 20 В и более), могут как иметь, так и не иметь защитных диодов. Для них требуется дополнительная проверка. Особенности технологии изготовления и вид используемых транзисторов определяют, присутствуют ли внутри защитные диоды или нет.

У большинства низковольтных КМОП-усилителей нет встроенных диодов. Существует особое исключение для ОУ с автоматической коррекцией нуля (Auto-zero или чоппер), которые ведут себя так, как будто имеют встроенные защитные диоды.

И в заключение хочется сказать, что если вы рассматриваете возможность использования ОУ в качестве компаратора, будьте осторожны. Получите максимум информации из документации, в том числе вынесенной в примечания. Проверяйте поведение схемы на макете или прототипе, контролируйте взаимное влияние входов. Не полагайтесь на результаты моделирования со SPICE-макромоделями. Некоторые макромодели могут не включать дополнительные компоненты, симулирующие защитные диоды. Кроме того, особенности поведения, возникающие при подаче напряжений, близких к границе допустимых входных диапазонов, могут быть смоделированы неточно.

Список ранее опубликованных глав

1. 1. Диапазоны входных и выходных рабочих напряжений ОУ. Устраняем путаницу
   2. Что нужно знать о входах rail-to-rail
   3. Работа с напряжениями близкими к земле: случай однополярного питания
   4. Напряжение смещения и коэффициент усиления с разомкнутым контуром обратной связи — двоюродные братья
   5. SPICE-моделирование напряжения смещения: как определить чувствительность схемы к напряжению смещения
   6. Где выводы подстройки? Некоторые особенности выводов коррекции напряжения смещения
   7. Входной импеданс против входного тока смещения
   8. Входной ток смещения КМОП- и JFET-усилителей
   9. Температурная зависимость входного тока смещения и случайный вопрос на засыпку
   10. Использование входных резисторов для устранения входного тока смещения. Действительно ли они нужны?
   11. Использование входных резисторов для устранения входного тока смещения. Действительно ли они нужны?
   12. Почему в схемах с ОУ возникают колебания: интуитивный взгляд на две наиболее частые причины
   13. Приручаем нестабильный ОУ
   14. Приручаем колебания: проблемы с емкостной нагрузкой
   15. SPICE-моделирование устойчивости ОУ
   16. Входная емкость: синфазная? дифференциальная? или…?
   17. Операционные усилители: с внутренней компенсацией и декомпенсированные
   18. Инвертирующий усилитель с G = -0,1: является ли он неустойчивым?
   19. Моделирование полосы усиления: базовая модель ОУ
   20. Ограничение скорости нарастания выходного сигнала ОУ
   21. Время установления: взгляд на форму сигнала
   22. Шум резисторов: обзор основных понятий
   23. Шумы операционного усилителя: неинвертирующая схема
   24. Шумы ОУ: как насчет резисторов обратной связи?
   25. 1/f-шум: фликкер-шум
   26. ОУ, стабилизированные прерыванием: действительно ли они шумные?
   27. Развязывающие конденсаторы: они нужны, но зачем?
   28. Неиспользуемые операционные усилители: что с ними делать?
   29. Защита входов от перенапряжений
   30. Могут ли дифференциальные ограничительные диоды на входе ОУ влиять на его работу?

Переведено Вячеславом Гавриковым по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

Простейшие компараторы на операционных усилителях

В описанных выше схемах в зависимости от характера управляющего сигнала осуществлялась коммутация входного сигнала или запоминание последнего. Еще одну разновидность аналоговых коммутаторов представляют компараторы. Они осуществляют переключение уровня выходного напряжения, когда непрерывно изменяющийся во времени входной сигнал становится выше или ниже определенного уровня.

Рис. 14.5. Простейшая схема компаратора

Если включить операционный усилитель без обратной связи, как показано на рис. 14.5, то он будет представлять собой компаратор. Его выходное напряжение составляет:

Передаточная характеристика такого компаратора изображена на рис. 14.6. Благодаря высокому коэффициенту усиления схема переключается при очень малой величине разности напряжений U₁ – U₂, поэтому она пригодна для сравнения двух напряжений с высокой точностью.

Рис. 14.6. Передаточная характеристика компаратора

При смене знака разности входных потенциалов выходное напряжение не может мгновенно перейти из одного уровня насыщения к другому, так как величина скорости нарастания операционного усилителя ограничена. Для стандартного частотно-скорректированного операционного усилителя она составляет около 1 В/мкс. Переход с уровня –12 В на уровень + 12В длится, таким образом, 24 мкс. Вследствие конечного времени восстановления операционного усилителя при его выходе из состояния насыщения задержка переключения компаратора еще увеличивается.

Так как в рассматриваемой схеме операционный усилитель не охвачен обратной связью и не нуждается в частотной коррекции, скорость нарастания увеличивается, и время восстановления уменьшается, по меньшей мере, в 20 раз.

Описанный компаратор имеет ограниченный диапазон входных напряжений. Если требуется сравнивать большие величины входных напряжений, можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 14.7.

Рис. 14.7. Суммирующий компаратор

Компаратор срабатывает при переходе величины U_Pчерез нуль. При этом U₁ / R₁ = –U₂ / R₂ .

Таким образом, сравниваемые напряжения должны иметь противоположные знаки. Эту схему можно функционально расширить, если к неинвертирующему входу компаратора подключить еще несколько резисторов. При этом компаратор будет срабатывать, когда приведенная к неинвертирующему входу алгебраическая сумма входных напряжений будет больше или меньше нуля. Благодаря включению диодов напряжение на неинвертирующем входе компаратора не может превысить ± 0,6 В.

Компаратор с прецизионным входным напряжением. Для многих случаев применения необходимы компараторы, выходное напряжение которых принимает два фиксированных с высокой точностью значения U_МИН и.U_МАКС Наиболее точный и простой способ выполнения этого условия состоит в применении аналогового коммутатора, управляемого входным напряжением обычного компаратора.

При низких частотах переключения эта задача может быть также решена соответствующим включением частотно-скорректированного операционного усилителя (рис. 14.8).

Рис. 14.8. ОУ в качестве компаратора с прецизионным выходным напряжением

Схема представляет собой разновидность компаратора, изображенного на рис. 14.5. Когда выходное напряжение достигает значения ±(U_Z + 0,6В), операционный усилитель оказывается охваченным отрицательной обратной связью через цепочку стабилитронов. При этом дальнейший рост выходного напряжения прекращается. Кроме того, так как операционный усилитель не насыщается, из общего времени задержки срабатывания исключается время восстановления усилителя.

Двухпороговый компаратор фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными пороговыми напряжениями или вне этого диапазона. Для реализации такой функции выходные сигналы двух компараторов необходимо подвергнуть, как показано на рис. 14.9, операции логического умножения.

Рис. 14.10. Двухпороговый компаратор

Разница между дифференциальным операционным усилителем и компаратором

В первом приближении разницы нет. Аналогичный вопрос может быть «в чем разница между двигателем постоянного тока и генератором?» Любой из них будет работать в любом качестве, но каждый оптимизирован для максимизации определенных качеств за счет других в соответствии с предполагаемым применением.

Давайте сравним внутреннюю схему для общего операционного усилителя TL072 и общего компаратора LM339 :

TL072

LM339

Общие вещи:

1. дифференциальный парный вход
2. очень высокий коэффициент усиления

Отличия:

1. TL072 использует JFET для ввода. Это связано с тем, что JFET обеспечивают очень высокий входной импеданс, что желательно для операционного усилителя. Большая часть анализа операционных усилителей предполагает, что токи смещения (токи, проходящие через входы) равны нулю, но это верно только в той степени, в которой входной импеданс бесконечен. Для компаратора требуется высокий входной импеданс, чтобы избежать чрезмерной загрузки источника, но не так важно, чтобы входной импеданс был очень высоким.

2. LM339 имеет выход с открытым коллектором . Для компаратора это хорошо, потому что он позволяет ему взаимодействовать с любым количеством выходных напряжений через подтягивающий резистор или тривиально реализовать проводную или шину. Вы не захотите этого для операционного усилителя, потому что обычно вы хотите, чтобы операционный усилитель был так же хорош в источнике тока, как и в случае его подавления, чтобы ваш выходной сигнал был симметричным. Обратите внимание на выход двухтактной пары NPN-PNP TL072.

3. LM339 может выдавать выходной сигнал до 0,2 В или до благодаря выходу с открытым коллектором. TL072 определяет размах выходного напряжения когда когда нагрузка меньше 2 .Вс сВсс± 10 В±10ВВс с = 15 ВВссзнак равно15В2 к Ω2КΩ

Опытный разработчик ИС, вероятно, мог бы указать на большее количество различий, кроме одной схемы. Я не из тех, но я вижу различия в таблицах. Например, я не вижу коэффициента подавления синфазного сигнала или источника питания, гармонических искажений или коэффициента шума, указанных для LM339. Их можно было бы измерить для компаратора, и вы найдете их в каждой спецификации операционного усилителя, но для приложения компаратора эти параметры не особенно актуальны, поэтому они не указаны, и, если бы они были, скорее всего, были бы очень бедные.

Таким образом, в любом случае вы можете использовать операционный усилитель в качестве компаратора или компаратор в качестве операционного усилителя, если ваши требования не очень требовательны. Учитывая разницу в том, как указаны детали, может быть невозможно узнать из спецификаций, как они будут работать.

9.1.    Компараторы | Электротехника

Выходное напряжение усилителя ограничено величиной ±U_{вых max}. Поскольку коэффициент усиления операционного усилителя (К_{U оу})_{велик, то значение выходного напряжения (Uвых = ±Uвых max) достигается при очень малых  входных  напряжениях:}

U_вх= ±U_{вых max} / K_{U оу}.

Поэтому можно считать.

То есть операционный усилитель является схемой сравнения входных сигналов – компаратором.

Компараторы представляют собой устройства, предназначенные для сравнения по уровню двух входных напряжений и скачкообразного изменения выходного напряжения в случае, когда одно из сравниваемых напряжений больше другого.

Компаратор должен иметь низкое напряжение сдвига, низкий дрейф напряжения сдвига, устойчиво работать без самовозбуждения и иметь низкое значение тока смещения. Один вход компаратора (рис. 9.1) соединен с источником опорного напряжения, а на другой подается входной сигнал. Когда U_вх подается на инвертирующий вход и U_оп > 0, выходное напряжение будет отрицательным при U_вх > U_оп, и положительным при U_вх < U_оп.

Когда входной сигнал в процессе изменения становится больше опорного, то выход компаратора немедленно изменяет свое состояние  (рис. 9.2).

Если, например,  изменение  выходного напряжения составляет 5 В, а  коэффициент усиления компаратора равен 100 000, то разность входного и опорного напряжений (U_вх – U_оп.), вызывающая изменение выходного напряжения, будет равна:  

 мВ,

то есть сравнение  двух уровней напряжения осуществляется с высокой точностью. Но эта схема обладает существенным недостатком: если входной сигнал изменяется медленно и его величина близка к U_оп, то шумы, содержащиеся в U_вх, могут вызвать ложные срабатывания (рис. 9.3).

Более устойчивым к действиям помех является компаратор, в котором ОУ охвачен положительной обратной связью (ПОС), осуществляемой по неинвертирующему входу с помощью резисторов и (рис. 9.3, а ). Такой компаратор обладает передаточной характеристикой с гистерезисом (рис. 9.3, б ). Схема известна под названием триггера Шмита или порогового устройства.

Переключение схемы (рис. 9.4) в состояние -U_вых.max происходит при достижении U_вх напряжения (порога) срабатывания (U_ср), а возвращение в исходное состояние (U_вых = +U_вых.max) происходит при снижении U_вх до напряжения (порога) отпускания (-U_отп). Значения пороговых напряжений находят по схеме, положив U₀ = 0:

;

.

Частным случаем схемы (см. рис. 9.4) при  = 0 является схема (рис. 9.5).  Ее пороговые напряжения и зона гистерезиса (рис. 9.6) составляют:

;       ;   .

Величина гистерезиса (зоны нечувствительности) определяется пороговыми  напряжениями. Выбирая необходимые значения пороговых напряжений  и , можно изменять «зону нечувствительности» компаратора в зависимости от уровня помех (рис. 9.6).

Компаратор с ПОС может использоваться в качестве формирователя прямоугольных импульсов из напряжения произвольной формы.

Использование ОУ в качестве компаратора

Недавно, думал над проектом в котором уже использовались ОУ и, нужны были компараторы. Естественно, появился соблазн использовать ОУ в качестве компараторов. Но можно ли так делать?

Если кратко, то лучше — не нужно, если длинно, то вот почему:

Скорость

Конечно, не все ОУ насыщаются и это нужно проверять, если вам нужна скорость.

Входные цепи

На такую проблему я нарвался, когда пытался использовать LVDS-приемники spartan3 в качестве компараторов.

Кроме того, у ОУ есть такое явление, как инверсия фазы. Когда внутренние цепи входят в насыщение, выходной сигнал внезапно меняет фазу и получается вот такая картина:

Практически все современные ОУ не страдают такой болезнью, но лучше проверить это на макетке, если вы, все-таки, собираетесь использовать ОУ в качестве компаратора. Производители обычно не пишут о том, что ОУ страдает инверсией фазы, зато, с радостью, сообщают если инверсии фазы нет.

Выходное напряжение

Если напряжение питания ОУ больше чем логические напряжения, придется строить согласователь уровней и вот тут вся экономия на покупке отдельного компаратора, скорее-всего, пропадет.

Вывод

Компаратор — Блог им. Catethysis

Компаратор- описание и применение.

Что такое компаратор?

Наверное, для людей непосвященных в тему – это слово будет приводить в трепет и ужас, однако ничего сложного здесь нет. Компараторы – это устройства, которые сравнивают два напряжения или тока и выводят цифровой сигнал, указывающий, какой из них больше. Он имеет два аналоговых входа и один двоичный цифровой выход. Выходное значение компаратора указывает, какой из входов больше или меньше. Компаратор сравнивает два примененных к нему входных сигнала и производит сравнение в качестве выходных данных.

Для чего используют компаратор?

Эти устройства часто используются для проверки того, достиг ли вход заданного значения. В большинстве случаев компаратор реализуется с использованием специальной микросхемы компаратора, но в качестве альтернативы можно использовать операционные усилители. На схемах компараторов и схемах операционных усилителей используются одни и те же символы. Они состоят из специализированных дифференциальных усилителей с высоким коэффициентом усиления. Они обычно используются в устройствах для измерения и оцифровки аналоговых сигналов, таких как АЦП последовательного приближения и релаксационные генераторы. Компараторы используются для определения момента, 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.

[/stextbox]

Из-за широкого диапазона применения операционные усилители встречаются в большинстве электрических цепей. Операционный усилитель предназначен для приема аналоговых сигналов и выдачи аналогового сигнала, тогда как компаратор выдает только выходной сигнал в виде цифрового сигнала. Хотя в качестве компараторов можно использовать обычный операционный усилитель, их нельзя использовать непосредственно в схемах компаратора напряжения. Операционные усилители и компараторы могут показаться взаимозаменяемыми из-за их символов и выводов, но это не одно и то же.

Компараторы могут быть инвертирующимии нет.

Инвертирующий компаратор – это компаратор на базе операционного усилителя, в котором опорное напряжение подается на его неинвертирующий вывод, а входное напряжение – на его инвертирующий вывод. Этот компаратор называется инвертирующим компаратором, потому что входное напряжение, которое необходимо сравнить, подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

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

Неинвертирующий компаратор – это компаратор на базе операционного усилителя, в котором опорное напряжение подается на его инвертирующий вывод. Входное напряжение, с другой стороны, подается на его неинвертирующий вывод. Этот компаратор на базе операционного усилителя называется неинвертирующим компаратором, потому что входное напряжение, которое необходимо сравнить, подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя.

Принципиальная схема неинвертирующего компаратора показана на следующем рисунке.

Схема работы компаратора и применение

Обычно в электронике компаратор используется для сравнения двух напряжений или токов, подаваемых на два входа компаратора. Это означает, что он берет два входных напряжения, затем сравнивает их и выдает дифференциальное выходное напряжение высокого или низкого уровня. Компаратор используется для определения момента, когда произвольно изменяющийся входной сигнал достигает опорного уровня или определенного порогового уровня. Компаратор может быть разработан с использованием различных компонентов, таких как диоды, транзисторы, операционные усилители . Компараторы используются во многих электронных приложениях для управления логическими схемами.

Операционный усилитель как компаратор

Когда мы внимательно посмотрим на символ компаратора, мы узнаем его как операционного усилителя (операционного усилителя) символ , так что отличает этот компаратор от операционного усилителя; Операционный усилитель предназначен для приема аналоговых сигналов и вывода аналогового сигнала, тогда как компаратор выдает только выходной сигнал в виде цифрового сигнала; хотя в качестве компараторов можно использовать обычный операционный усилитель (операционные усилители, такие как LM324, LM358 и LM741, не могут использоваться непосредственно в схемах компаратора напряжения.

Операционные усилители часто могут использоваться в качестве компараторов напряжения, если к выходу усилителя добавлен диод или транзистор), но реальный компаратор разработан так, чтобы иметь более быстрое время переключения по сравнению с многоцелевыми операционными усилителями. Таким образом, можно сказать, что компаратор – это модифицированная версия операционных усилителей, специально разработанная для работы с цифровым выходом.

Базовая схема работы компаратора

Схема компаратора работает, просто принимая два аналоговых входных сигнала, сравнивая их и затем вырабатывая логический выход с высоким «1» или низким «0».

Путем подачи аналогового сигнала на вход + компаратора, называемый «неинвертирующим», и – вход, называемый «инвертирующим», схема компаратора будет сравнивать эти два аналоговых сигнала, если аналоговый вход на неинвертирующем входе больше, чем аналоговый вход на при инвертировании выходной сигнал перейдет в высокий логический уровень, и это заставит с транзистор открытым коллектором Q8 на эквивалентной схеме LM339, приведенной выше, включиться. Когда аналоговый вход на неинвертирующем входе меньше аналогового входа на инвертирующем входе, тогда на выходе компаратора будет низкий логический уровень.

Это выключит транзистор Q8. Как мы видели на изображении эквивалентной схемы LM339 выше, LM339 использует на выходе транзистор с открытым коллектором Q8, поэтому мы должны использовать «подтягивающий» резистор, который подключен к выводу коллектора Q8 с помощью Vcc, чтобы заставить этот транзистор Q8 работать. Согласно таблице данных LM339, максимальный ток, который может протекать через этот транзистор Q8 (выходной ток стока), составляет около 18 мА. V- можно рассчитать следующим образом.

V- = R2.Vcc / (R1 + R2)

Неинвертирующий вход компаратора подключен к потенциометру 10 K, который также формирует схему делителя напряжения, где мы можем регулировать начало напряжения V + с Vcc до 0 вольт. Во-первых, когда V + равно Vcc, выход компаратора перейдет в высокий логический уровень (Vout = Vcc), потому что V + больше, чем V-.

Это выключит транзистор Q8 и погаснет светодиод . Когда напряжение V + падает ниже V- вольт, выход компаратора переходит в низкий логический уровень (Vout = GND), что включает транзистор Q8 и загорается светодиод.

Путем замены аналогового входа; делитель напряжения R1 и R2, подключенный к неинвертирующему входу (V +), и потенциометр, подключенный к инвертирующему входу (V-), мы получим противоположный выходной результат.

Опять же, используя принцип делителя напряжения, напряжение на неинвертирующем входе (V +) составляет около V- вольт, поэтому, если мы начинаем инвертирующее входное напряжение (V-) с Vcc вольт, V + ниже, чем V-, это включит транзистор Q8, выход компаратора перейдет в низкий логический уровень. Когда мы регулируем V- ниже V +. После выключения транзистора Q8 выход компаратора перейдет в высокий логический уровень, потому что теперь V + больше, чем V-, и светодиод погаснет.

Применение компаратора в схемах практической электроники

Система мониторинга влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием Arduino

Система мониторинга влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием проекта Arduino предназначена для разработки системы автоматического полива, которая может управлять переключением (включение / выключение) двигателя насоса в зависимости от влажности почвы.

Датчик влажности определяет влажность почвы, и соответствующий сигнал подается на плату Arduino. Компаратор сравнивает сигналы уровня влажности с заранее заданным опорным сигналом. Затем он отправит сигнал на микроконтроллер. На основе сигнала, полученного от датчика, и сигнала компаратора, будет работать водяной насос. ЖК-дисплей используется для отображения состояния влажности почвы и водяного насоса.

Датчик сердцебиения HRM-2511E имеет 4 операционных усилителя. Четвертый операционный усилитель используется как компаратор напряжения. Аналоговый сигнал PPG подается на положительный вход, а отрицательный вход привязан к опорному напряжению (VR). Величину VR можно установить в пределах от 0 до Vcc с помощью потенциометра P2 (показано выше). Каждый раз, когда импульсная волна PPG превышает пороговое напряжение VR, выходной сигнал компаратора становится высоким. Таким образом, это устройство обеспечивает выходной цифровой импульс, который синхронизируется с тактом. Ширина импульса также определяется пороговым напряжением VR.

Цепь дымовой сигнализации

В фотодиоды излучают свет который обнаруживается помощью Q1 фото-транзисторов и Q2. Верхняя область герметична, поэтому рабочая точка транзистора Q1 не меняется. Эта рабочая точка используется в качестве эталона для компаратора. Когда дым попадает в нижнюю область, рабочая точка фототранзистора Q2 изменяется, что приводит к изменению напряжения Vin от базового (без дыма) значения Vin (no_smoke). -Транзистор уменьшается из-за попадания дыма в область, ток базы уменьшается, а напряжение Vin увеличивается от базового (без дыма) значения Vin (no_smoke). Когда напряжение Vin пересекает Vref, выход компаратора переключается с VL на VH, вызывая аварийный сигнал.

Я надеюсь, что, прочитав эту статью, вы получили некоторые основы работы с компаратором. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о за проектах в области электроники и электротехники последний год , пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии в разделе ниже. Вот вам вопрос: знаете ли вы какие-либо приложения для встроенных систем, в которых операционный усилитель используется в качестве схемы компаратора?

Post Views: 250

Компаратор напряжения: характеристики и разновидности

Компаратор напряжения – это устройство, выполняющее сравнение имеющегося уровня напряжения с опорным сигналом. Ответом, как правило, становится двоичная величина – да либо нет, нуль или единица.

Благодарности

Без братьев Кузнецовых не представилось бы читателям столь замечательного обзора. Нельзя оставить без внимания труд научного коллектива Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского, его участников, меж которыми:

• Сдобняков В.В.
• Карзанов В.В.
• Шабанов В.Н.
• Рецензенты: Дорохин М.В. И Здоровейщев А.В.

Общая информация

Компаратор сравнивает два напряжения, откуда происходит название. При необходимости формируется либо условный сигнал в виде двоичного кода, либо знак разницы выдаётся иным способом:

1. Крутой перепад напряжения (фронт или спад).
2. Импульс с заданными характеристиками.
3. Сменой полярности выходного напряжения.
4. Двоичным кодом в системе логики данного набора микросхем.

Компаратор территориально входит в аналого-цифровой преобразователь, способен применяться и отдельно. От элемента напрямую зависит точность, как и от разрядности. К характеристикам компаратора относят:

• Чувствительность.
• Быстродействие.
• Стоимость.
• Долговечность.
• Стабильность.
• Нагрузочная способность.
• Входное сопротивление и пр.

Большинство компараторов реализуется на базе операционных усилителей, данные в справочниках приводятся совместные. Это достигается за счёт введения обратной связи, что придумано в 30-е годы XX века.

Характеристики компараторов

Под чувствительностью компаратора понимается минимальное напряжение, годное к восприятию. Дифференциальные пары транзисторов, применяемые в операционных усилителях, повышают температурную стабильность, потому служат для создания компараторов. Параметр тесно связан с разрешающей способностью или точностью. Чувствительность сильно зависит от схемного решения, это очевидный факт.

Помимо температурной стабильности и архитектуры на параметр влияют помехоустойчивость и надёжность. На практике оптимальной считают чувствительность, равную половине разряда аналого-цифрового преобразователя. Это значит, что из-за компаратора не снижается точность замера. На современном этапе развития технологии это порой сильно отличающиеся значения.

Быстродействие цифровой технике велико, но учитывая факт, что преобразователю нужно успеть сделать выборку, тактовая частота процессора должна быть в сотни, если не тысячи раз выше, нежели дискретность отсчётов. И главным ограничивающим фактором становятся скоростные характеристики компаратора. На его втором входе в момент измерения опорное напряжение постепенно растёт до достижения совпадения. И вырабатывается цифровой код результата.

Частота дискретизации определяется скоростными качествами исследуемого процесса. Если это звуковой диапазон, значения начинаются от 45 кГц и способны составлять вчетверо больше для студийной записи. На каждом интервале времени компаратор должен успеть сравнить напряжение, минимальная частота процессора для получения точности в 0,5% лежит уже в области 10 МГц. На практике наблюдаются намного большие величины, но помните, главная шина материнской платы становится самым быстродействующим участком системного блока (персонального компьютера).

Быстродействие компаратора выражается временем между соседними измерениями. Оно складывается из интервала повышения сравниваемого напряжения до нужного уровня и скорости работы электронных компонентов. К последним цифрам относят период от принятия решения компаратором на выдачу сигнального импульса до его реального появления на выводах. Вторым параметром считают крутизну фронта импульса, поскольку логика микросхем настроена на пороги срабатывания. Важным считается время восстановления, за которое компаратор возвращается в первоначальное состояние.

Указанные параметры в сумме определяют тактовую частоту самого компаратора. Под нагрузочной способностью понимается способность выдать сигнал, достаточно мощный для срабатывания зависимых схем. Различают так называемую перегрузочную способность, показывающую, как велика иногда разница в напряжении на соседних отсчётах. Для сокращения интервалов измерения, начиная со второго, компаратор может вести два параллельных процесса измерения:

1. Увеличение напряжения в сравнении с предыдущим отсчётом.
2. Уменьшение напряжения в сравнении с предыдущим отсчётом.

Так удастся быстрее найти результат, не перебирая весь диапазон с начала. Хотя потребуется целых два параллельно включённых компаратора. Но экономия времени стоит указанной борьбы. На успех подобного мероприятия напрямую влияет перегрузочная способность.

Входное сопротивление образует с источником сигнала резистивный делитель, и чем оно меньше, тем выше точность, большая часть напряжения падает именно здесь. С повышением параметра снижается и потребляемый ток. У большинства компараторов входное сопротивление подстраивается под конкретно взятые нужды, для отдельных схем.

Разновидности компараторов

Большинство компараторов строится на схемах операционных усилителей, охваченных цепью положительной обратной связи. За счёт большого коэффициента усиления удаётся добиться отвесной передаточной функции каскада.

Характеристика операционного усилителя на неком участке линейна. График симметричен относительно нуля. При некотором значении Uогр происходит насыщение и выходное напряжение дальше не растёт. Это наблюдается в положительной области входных значений и в отрицательной. Описанное свойство используется для построения компараторов.

Операционный усилитель охватывается положительной связью, при коэффициенте её передачи обратно пропорциональном коэффициенту передачи операционного усилителя, формула уходит в область бесконечности. От указанного параметра зависит крутизна графика, он становится вертикальным. Что требуется на практике для сравнения напряжений.

Эталоном допускается любое значение. К примеру, возможна реализация схемы перехода напряжения через нуль. Но в составе аналого-цифрового преобразователя измеряемая величина в рамках интервала считается постоянной, опорное напряжение растёт, пока не сравняется. И в этот момент вырабатывается импульс совпадения.

Пороговый компаратор

Пороговый компаратор напряжения – упоминается в литературе. Передаточная характеристика его однозначна – когда разница на входах операционного усилителя становится равной нулю, возникает отклик на выходе. Обратное движение вдоль передаточной характеристики идёт по прежней траектории.

Он организован, как рассказано выше: операционный усилитель охвачен петлёй обратной связи для получения крутой, отвесной передаточной характеристики. Но остаётся некая малая погрешность. Эталонное напряжение принято подавать на неинвертирующий вход.

Гистерезисный компаратор

Гистерезисный компаратор получил название за то, что коэффициент передачи цепи обратной связи меняется по абсолютному значению и по знаку. В результате получают семейство передаточных характеристик, позволяющее создать компаратор, включающийся по одному значению напряжения, а выключающийся по иному.

Устройство оказывается полезным в случае наличия на линии высокочастотной помехи. И когда на заданном интервале измерения величина многократно изменяется, обычному компаратору напряжения легко промахнуться. Одновременно гистерезисный верно оценит с точностью до помехи и продержит сигнал на выходе, пока исследуемый процесс близок к эталону.

Любой реальный компаратор считается гистерезисным из-за наличия ошибки, отдельные виды специально имеют расширенную петлю в связи с описанными нюансами. Ярко выраженной прямоугольной характеристикой характеризуется триггер Шмитта. Его гистерезисная передаточная функция может служить для построения компаратора. Из-за наличия положительной обратной связи характеристика триггера Шмитта обладает ощутимой крутизной.

Уже для аналоговых схем порог чувствительности достигал 5-10 мВ, чего хватает в большинстве случаев. Поскольку время срабатывания триггера Шмитта уменьшается до 0,1 мкс, становится возможным процесс оценки сигналов частотой в сотни кГц (гораздо выше ультразвука). Представленный на рисунке триггер характеризуется большим температурным дрейфом и малым диапазоном измерения.

Ввиду простоты популярны балансные регенеративные схемы с диодами. Обратная связь здесь выполнена через трансформатор. За счёт использования средней рабочей точки становится возможным одновременно произвести и положительную, и отрицательную обратную связь. Сравниваемые напряжения подаются на катоды диодов (n-область, в районе которой нарисована перпендикулярная черта). Рабочая точка транзистора выбрана в начале вольт-амперной характеристики, ток базы рассчитывается так, чтобы не произошло насыщения.

Конденсатор выполняет гальваническую развязку базы и входной цепи. Если диод Д1 заперт, а Д2 — открыт, работает отрицательная обратная связь. В результате генерации не происходит. В обратном случае блокинг-генератор производит первый импульс. Его положительный фронт свидетельствует, что эталон сравнялся с оцениваемой величиной. Чувствительность балансной регенеративной схемы может достигать 1 мВ.

Компараторы на туннельных диодах хороши малыми габаритами, отличным быстродействием, низким уровнем шумов, низкими переключающими порогами по мощности. Механическая прочность и стойкость полупроводников общеизвестны. Туннельные диоды считаются редкими приборами, не боящимися радиации, что делает их популярными в специальных применениях. Вдобавок сопротивление таких компараторов крайне мало, что снижает чувствительность.

Характеристика туннельного диода содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, что позволяет реализовать нужную передаточную функцию. Очевидным недостатком схемы становится низкая точность. Вольт-амперная характеристика туннельного диода слишком пологая. Зато по простоте этот компаратор нельзя сравнить с любым другим типом устройств. Его пока нельзя назвать гистерезисным, для получения этого типа характеристики требуется, как минимум, два туннельных диода.

Самый простой компаратор

При помощи двух туннельных диодов нетрудно построить простейший компаратор, включая их по схеме твин. Предполагается, что элементы идентичны. Передаточная характеристика системы сильно зависит от напряжения питания схемы. Характеристики легко изменяются, что обусловливает большую гибкость применения. Чувствительность измеряются по току, и экспериментально полученные значения лежат в области 8 мкА при частоте тактирования 200 МГц, 3 мкА – при 50 МГц.

Деление по принципу действия

Помимо чисто функциональных особенностей, рассмотренных выше, компараторы делятся по принципу действия на:

1. Регенеративные.
2. Генераторные.
3. Амплитудно-импульсные.
4. Модуляторные.

Речь здесь идёт о формируемых устройствами выходных сигналах. В работе компаратора напряжения выделяют два процесса: сравнение величин и формирование выходного сигнала. Статическая ошибка обусловлена лишь двумя причинами:

1. Шумами.
2. Температурным дрейфом и старением.

Использование операционного усилителя в качестве компаратора

В предыдущих статьях — общие схемы операционных усилителей, операционные усилители интегрируются и практический дифференциатор операционного усилителя весьма универсален — мы рассмотрели некоторые классические схемы операционных усилителей. В этих схемах используется отрицательная обратная связь, которая обычно поддерживает работу операционного усилителя в линейной области.

Однако операционные усилители также могут использоваться в качестве компараторов, что приводит к их нелинейной работе. Входы сильно управляются, и выходное напряжение падает на шину питания.Как мы увидим, это не всегда может быть хорошим дизайнерским подходом.

Нелинейное движение

В линейном приложении применяются идеальные допущения операционного усилителя: бесконечное усиление и полоса пропускания, нулевой выходной импеданс, бесконечный входной импеданс и нулевое напряжение между входами. Операционные усилители также можно использовать нелинейным образом, с особым вниманием и обращением.

Обычная конфигурация просто использует разомкнутый контур операционного усилителя — без обратной связи — и позволяет его высокому усилению производить работу компаратора.Без отрицательной обратной связи два входа не обязательно будут иметь одинаковое напряжение, поэтому четвертое предположение об идеальном операционном усилителе неверно.

На рисунке 1 показан операционный усилитель с разомкнутым контуром. Когда V _IN больше нуля, выходное напряжение становится высоким и ограничивается где-то около положительного напряжения питания. Когда входное напряжение становится отрицательным, выходной сигнал операционного усилителя становится отрицательным, снова ограничиваясь около отрицательного напряжения питания. Здесь мы предполагаем, что операционные усилители питаются от обычных положительных и отрицательных напряжений питания.

Вышеупомянутая схема компаратора работает около нуля вольт. Рисунок 2 добавляет в схему резистивный делитель для установки напряжения на инвертирующем входе, обеспечивая средство для управления опорным напряжением для компаратора, V _REF .

На рис. 3 показан еще один распространенный метод проектирования, который добавляет гистерезис к компаратору. В этом случае входное напряжение управляет инвертирующим входом операционного усилителя, а V _REF подключается к неинвертирующему входу. Резистивный делитель R ₁ R ₂ выдает V _REF на выходе, V _OUT . Когда V _IN падает ниже V _REF , выходное напряжение становится высоким, в результате чего V _REF переключается на более высокое напряжение.

Аналогично, когда V _IN переходит в более высокое значение, чем V _REF , V _OUT изменяется на максимальное отрицательное выходное напряжение, понижая V _REF . Этот эффект гистерезиса удерживает любой шум, присутствующий во входном сигнале, от реверсирования работы компаратора при переходе через V _REF .

Схема мультивибратора на рис. 4 использует схему гистерезиса R1 R2 с рис. 3 плюс схему синхронизации RC для получения прямоугольного сигнала на выходе.На самом деле это не схема компаратора; вместо этого он использует операционный усилитель в качестве компаратора для создания желаемой формы выходного сигнала. Предположим, что V _OUT запускается как высокое напряжение, так что он заряжает C через R3. Напряжение конденсатора будет увеличиваться в соответствии с постоянной времени R3 C.

Когда напряжение конденсатора становится больше, чем V _REF , выходное напряжение изменяется до отрицательного напряжения питания.Это приводит к тому, что напряжение на конденсаторе становится отрицательным, что также соответствует постоянной времени R3 C. Делитель R1 R2 обеспечивает некоторый гистерезис на неинвертирующем входе, так что операционный усилитель переключается чисто. См. Ссылку 4 для получения подробной информации о том, как значения компонентов определяют частоту мультивибратора.

Но есть проблемы

В сети есть много статей о подобных нелинейных схемах операционных усилителей. Однако, когда я проверил веб-сайты поставщиков микросхем, я заметил, что они категорически не рекомендуют использовать операционные усилители в качестве компараторов [Ссылка 1 и Ссылка 2].Процитированы основные проблемы:

1. Некоторые операционные усилители имеют на входах ограничивающие диоды, которые ограничивают максимальное напряжение между двумя входами. Вероятно, с этим можно справиться с помощью тщательного проектирования или выбора другого устройства на операционном усилителе.
2. Компараторные приложения приводят операционный усилитель в состояние насыщения. Восстановление после насыщения может быть медленным и обычно не указывается.
3. Выходное напряжение большинства операционных усилителей может колебаться близко к положительному и отрицательному напряжениям питания. Это может или не может быть указано, и это может плохо контролироваться.
4. Время переключения операционного усилителя имеет тенденцию быть медленным по сравнению с «настоящим компаратором», разработанным для этого конкретного приложения.
5. Выход операционного усилителя обычно не настраивается для управления цифровой логикой, поэтому для его адаптации могут потребоваться дополнительные схемы.

Главный аргумент в пользу использования операционного усилителя в качестве компаратора возникает, когда есть оставшийся усилитель в устройстве с несколькими операционными усилителями. В конце концов, он просто сидит там бесплатно и ждет, чтобы его использовали. Если вы решите пойти по этому пути, то вам следует внимательно изучить техническое описание и оценить фактическую производительность схемы.Убедитесь, что в схему операционного усилителя встроен небольшой запас прочности.

Эти соображения относительно работы нелинейных операционных усилителей могут также помочь нам понять некоторые проблемы, которые могут возникнуть в линейных приложениях. Бывают ли ситуации, когда выход операционного усилителя попадает в рельсы? Если да, то сколько времени потребуется на восстановление? И имеет ли это значение для работы схемы?

Вот почему производители микросхем рекомендуют использовать настоящий компаратор вместо операционного усилителя. В конце концов, компаратор предназначен для работы в качестве компаратора.Он имеет заданные характеристики переключения и выходной привод, обычно настраиваемый для управления логическими устройствами. Есть много экономичных устройств на выбор.

Боб Витте — президент компании Signal Blue LLC, консалтинговой компании в области технологий.

Список литературы

1. «Операционные усилители используются в качестве компараторов — это нормально?» Брюс Трамп, Texas Instruments, март 2012 г.
2. «Использование операционных усилителей в качестве компараторов», Джеймс Брайант, Analog Devices, примечания по применению AN-849, 2011 г.
3. «Следует ли мне использовать операционный усилитель в качестве компаратора?» Джанет Хит, Analog IC Tips, ноябрь 2016 г.,
4. «Мультивибратор операционного усилителя», Учебники по электронике
5. Справочник по применению операционных усилителей , Брюс Картер и Томас Р.Браун, Texas Instruments, сентябрь 2016 г.
6. Операционные усилители для всех , Рон Манчини, редактор, август 2002 г.

Статьи по теме:

| Основы электроники

Что такое операционные усилители?

— это дифференциальные усилители, которые усиливают дифференциальное напряжение между положительным (+) / отрицательным (-) входными контактами и характеризуются высоким входным сопротивлением, низким выходным сопротивлением и высоким коэффициентом усиления при разомкнутой цепи.

Каждая цепь состоит из 5 клемм: положительный источник питания, отрицательный источник питания, + вход, — вход и выход.

* Как правило, названия контактов источника питания, входа и выхода не стандартизированы

Операционные усилители требуют высокого входного сопротивления (импеданса) и низкого выходного сопротивления. На рисунке ниже (модель усилителя с источником напряжения с регулируемым напряжением) соотношение между входным и выходным напряжением выражается следующей формулой:

Чтобы лучше понять диаграмму и формулу выше:

В _с ： Источник входного сигнала
R _с ： Выходное сопротивление источника сигнала
R _i ： Входное сопротивление
R ： Выходное сопротивление
R _L Сопротивление нагрузки
А _В ： Усиление

Напряжение сигнала V _s делится делителем напряжения на основе сопротивления источника сигнала R _s и входного сопротивления операционного усилителя R _i , при этом ослабленный сигнал вводится в операционный усилитель.

Однако, когда R _i достаточно велико по сравнению с R _s (R _i = ∞), первый член уравнения может быть приближен к 1 и рассматриваться как Vs = Vi.

Что касается второго члена, усиленное входное напряжение A _v V _i делится и выводится на основе выходного сопротивления операционного усилителя R _o и сопротивления нагрузки R _L .
В это время, когда R _o значительно меньше, чем R _L (R _o = 0), второй член может быть приближен к 1, и вы увидите, что сигнал может выводиться без ослабления.

Операционные усилители этого типа считаются идеальными операционными усилителями. Обычные операционные усилители сконфигурированы так, чтобы быть максимально приближенными к идеальным операционным усилителям, с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.

Следовательно, для операционного усилителя выгодно иметь высокий коэффициент усиления.
Причина может быть объяснена «Цепью повторителя напряжения».
Цепь повторителя напряжения — это цепь, в которой входное и выходное напряжения равны. Он в основном используется в качестве буфера напряжения с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением, а V _с = V _OUT .

усиливают дифференциальное напряжение на основе коэффициента усиления операционного усилителя, при этом выходное напряжение выражается следующим образом.

Следовательно,

Когда открытый коэффициент усиления A _v операционного усилителя достаточно велик, левая часть может быть приближена к 0, и V _s = V _OUT .
Если коэффициент усиления низкий, левая часть уравнения не может быть приближена к 0, и при выходном напряжении возникнет ошибка.
Для достижения высокого коэффициента усиления при открытии ошибка выходного напряжения должна быть как можно меньше на основе этого коэффициента усиления.
Другой способ взглянуть на это состоит в том, что минимизация разности потенциалов между инвертирующим (-) и неинвертирующим (+) входами увеличит коэффициент открытия. Это означает, что чем больше увеличивается коэффициент усиления при открытии, существует соотношение V _{IN +} = V _IN-. Это соотношение, при котором контакты + Input и -Input практически равны, называется виртуальным коротким или воображаемым замыканием (или воображаемым / виртуальным заземлением).

Обратите внимание, что эта взаимосвязь существует при настройке и использовании цепей отрицательной обратной связи и проектировании цепей приложений с использованием характеристик виртуального заземления.

Что такое компараторы?

имеют ту же конфигурацию контактов, что и операционные усилители: контакты + вход, — вход, положительное питание, отрицательное питание и выходные контакты. Однако с компараторами один из входных контактов используется в качестве опорного вывода (с фиксированным напряжением), и разница в напряжении между этим опорным значением и напряжением, подаваемым на другой входной вывод, усиливается, что приводит к высокому или низкому уровню выход.

+ Потенциал входного контакта> -Потенциал входного контакта = Высокий выход
-Потенциал входного контакта> + Потенциал входного контакта = Низкий уровень выхода

Основным отличием операционных усилителей от компараторов является наличие / отсутствие емкости фазовой компенсации.Операционные усилители требуют емкости с фазовой компенсацией для предотвращения внутренних колебаний, особенно при настройке цепей отрицательной обратной связи.

Напротив, компараторы (которые не используются для конфигурирования цепей отрицательной обратной связи) не имеют внутренней емкости фазовой компенсации. В результате, поскольку время отклика между входом и выходом будет ограничено (из-за емкости фазовой компенсации), компараторы обычно обеспечивают лучший отклик по сравнению с операционными усилителями.

Другими словами, при использовании операционных усилителей в качестве компараторов чувствительность будет намного хуже из-за емкости фазовой компенсации, включенной в операционные усилители.Поэтому рекомендуется соблюдать осторожность при замене компараторов на операционные усилители.

ROHM предлагает операционные усилители и компараторы всех типов, такие как биполярные, CMOS, с датчиком заземления, двойным питанием, низким уровнем шума и полным ходом ввода / вывода, для удовлетворения различных потребностей.

741 IC Схема компаратора операционного усилителя, схема, конструкция, рабочая

В этом посте мы обсудим операционный усилитель в качестве компаратора. Мы уже обсуждали другие применения операционного усилителя в схемах генератора прямоугольной формы, например, нестабильные (или автономные) мультивибраторы , моностабильные мультивибраторы (или одноразовые) и бистабильные мультивибраторы (или триггеры).

Чтобы лучше понять операционные усилители, щелкните здесь: — Операционные усилители (операционные усилители)

Компаратор ОУ

Компаратор находит свое применение в схемах, в которых необходимо сравнить два сигнала напряжения и определить, какой из них сильнее. Компаратор также является важной схемой при разработке генераторов сигналов несинусоидальной формы в качестве релаксационных генераторов.

В операционном усилителе с разомкнутым контуром, когда дифференциальный или одиночный входной сигнал имеет значение больше 0, высокий коэффициент усиления, который стремится к бесконечности, приводит к насыщению выходного сигнала операционного усилителя.Таким образом, операционный усилитель, работающий в конфигурации с разомкнутым контуром, будет иметь выходной сигнал, который переходит на положительный или отрицательный уровень насыщения или переключается между положительным и отрицательным уровнями насыщения и, таким образом, ограничивает выходной сигнал выше этих уровней. Этот принцип используется в схеме компаратора с двумя входами и выходом. Два входа, один из которых является опорным напряжением (Vref), сравниваются друг с другом.

Работа схемы компаратора ОУ 741 IC

Неинвертирующая схема компаратора ОУ 741 IC

Схема неинвертирующего компаратора ОУ 741 IC показана на рисунке ниже.Это называется схемой неинвертирующего компаратора, поскольку синусоидальный входной сигнал Vin подается на неинвертирующий вывод. Фиксированное опорное напряжение Vref подается на инвертирующий вывод (-) операционного усилителя.

Когда значение входного напряжения Vin больше, чем опорное напряжение Vref, выходное напряжение Vo переходит в положительное насыщение. Это связано с тем, что напряжение на неинвертирующем входе больше, чем на инвертирующем входе.

741 IC Схема неинвертирующего компаратора

Когда значение входного напряжения Vin меньше, чем опорное напряжение Vref, выходное напряжение Vo переходит в состояние отрицательного насыщения.Это связано с тем, что напряжение на неинвертирующем входе меньше напряжения на инвертирующем входе. Таким образом, выходное напряжение Vo изменяется от положительной точки насыщения к отрицательной точке насыщения всякий раз, когда изменяется разница между Vin и Vref. Это показано на диаграмме ниже. Компаратор можно назвать детектором уровня напряжения, поскольку при фиксированном значении Vref можно определить уровень напряжения Vin.

На схеме показаны диоды D1 и D2. Эти два диода используются для защиты операционного усилителя от повреждения из-за увеличения входного напряжения.Эти диоды называются фиксирующими диодами, поскольку они ограничивают дифференциальное входное напряжение до 0,7 В или -0,7 В. Большинству операционных усилителей не нужны фиксирующие диоды, поскольку в большинстве из них уже есть встроенная защита. Сопротивление R1 подключено последовательно с входным напряжением Vin, а R подключено между инвертирующим входом и опорным напряжением Vref. R1 ограничивает ток через фиксирующие диоды, а R уменьшает проблему смещения.

741 Форма волны неинвертирующего компаратора операционного усилителя IC

Инвертирующая схема компаратора ОУ 741 IC

Инвертирующая схема компаратора операционного усилителя 741 IC показана на рисунке ниже.Это называется схемой инвертирующего компаратора, поскольку синусоидальный входной сигнал Vin подается на инвертирующий вывод. Фиксированное опорное напряжение Vref подается на неинвертирующий вывод (+) операционного усилителя. Потенциометр используется в качестве схемы делителя напряжения для получения опорного напряжения на неинвертирующей входной клемме. Оба конца POT подключены к источнику постоянного напряжения + VCC и -VEE. Стеклоочиститель подключен к неинвертирующей входной клемме. Когда дворник поворачивается до значения, близкого к + VCC, Vref становится более положительным, а когда дворник поворачивается в сторону -VEE, значение Vref становится более отрицательным.Формы сигналов показаны ниже.

Схема инвертирующего компаратора микросхемы ОУ 741

Форма волны инвертирующего компаратора ОУ 741 IC

Характеристики компаратора

1. Рабочая скорость — В соответствии с изменением условий на входе, схема компаратора переключается с хорошей скоростью между уровнями насыщения, и реакция мгновенная.

2. Точность — Точность схемы компаратора обуславливает следующие характеристики: —

(a) Усиление высокого напряжения — Считается, что схема компаратора имеет высокую характеристику усиления по напряжению, что требует меньшего напряжения гистерезиса.В результате выходное напряжение компаратора переключается между верхним и нижним уровнями насыщения.

(b) Высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) — Параметры входного синфазного напряжения, такие как шум, подавляются с помощью высокого коэффициента подавления синфазного сигнала.

(c) Очень малый входной ток смещения и входное напряжение смещения — Незначительное количество входного тока смещения и входного напряжения смещения вызывает меньшее количество проблем смещения. Чтобы уменьшить дальнейшие проблемы смещения, можно использовать схемы компенсации напряжения смещения и резисторы, минимизирующие смещение.

Следует ли использовать операционный усилитель в качестве компаратора?

Возможно, у вас есть четыре операционных усилителя, которые вы используете только три, и вам нужен один компаратор. Может возникнуть соблазн использовать оставшийся операционный усилитель в качестве компаратора, в конце концов, оба имеют высокое усиление, низкое смещение и высокое подавление синфазного сигнала. Но легче сказать, чем сделать, потому что компаратор и операционный усилитель, хотя и похожи, но представляют собой разные устройства. Можно создать компаратор из операционного усилителя, но если ваша конструкция должна быть надежной, необходимо провести много проверок и экспериментов, чтобы убедиться, что ваш четырехъядерный комплект операционных усилителей будет иметь все необходимое для создания достаточного компаратора.

сообщают нам, какой из двух его входов имеет более высокий потенциал через логический выход компаратора, который может быть TTL или CMOS-совместимым. Компараторы быстро переключаются между максимальным и минимальным напряжением на выходе, чтобы указать состояние входов. Операционные усилители не предназначены для этой цели и не могут быстро переключаться из-за необходимости восстановления после насыщения. Операционные усилители предназначены для управления небольшими нагрузками, в основном работают как системы с обратной связью и не предназначены для работы в режиме насыщения.Компараторы предназначены для работы в качестве систем с разомкнутым контуром, работы на высокой скорости и быстрого управления выходом с высоким или низким логическим уровнем, даже когда компараторы перегружены.

при использовании в качестве компараторов не могут обеспечить высокую скорость отклика, как компаратор. Кроме того, поскольку в некоторых таблицах данных указано, сколько времени потребуется, чтобы выйти из состояния насыщения, вам может потребоваться поэкспериментировать с операционным усилителем, чтобы узнать, сколько времени это займет. Кроме того, стабильность операционного усилителя при использовании в качестве компаратора находится под вопросом.Операционный усилитель в качестве компаратора будет иметь очень высокий коэффициент усиления в разомкнутом контуре, поэтому небольшая положительная обратная связь во время переходов может подтолкнуть операционный усилитель к колебаниям. Эта небольшая положительная обратная связь может быть связана с паразитной емкостью. Вы можете минимизировать паразитную емкость с помощью тщательной компоновки в качестве одного из вариантов. На этом этапе операционные усилители могут показаться непривлекательными при использовании в качестве компаратора из-за соображений.

С учетом всего вышесказанного, если приведенные выше предостережения просто не имеют значения или вы готовы провести эксперименты, вы можете использовать операционный усилитель в качестве компаратора с должным вниманием к рабочим параметрам, поскольку они влияют на общий результат. Если скорость не является проблемой (поскольку операционный усилитель колеблется на выходе при обесцвечивании), то стабильность все равно необходимо исследовать. На этом этапе вы можете обнаружить, что не стоит пытаться использовать левый или операционный усилитель в качестве компаратора. Если функция операционного усилителя как компаратора не критична, вы можете обойтись без операционного усилителя, но, возможно, захотите проверить адекватность скорости нарастания (практическое правило.5 В / мкс или выше для современных операционных усилителей. Старые операционные усилители (до 2000) могут иметь инверсию фазы. [I] Ограничение выхода с помощью цепи обратной связи на стабилитронах может помочь предотвратить насыщение на выходе.

Для некритических схем может быть достаточно четвертого операционного усилителя в четырехъядерном блоке. В противном случае, возможно, не стоит тратить время или усилия, чтобы в конечном итоге получить головную боль, которую можно решить с помощью подходящего компаратора.

[i] Брайант, Джеймс. «Использование операционных усилителей в качестве компараторов». Замечания по применению Analog Devices — AN-849 (2011): 1-8.Интернет. 20 ноября 2016 г.

— Electronics-Lab.com

Введение

В большинстве предыдущих руководств по операционным усилителям в схемах была петля обратной связи с инвертирующим входом. Эта конструкция является наиболее распространенной, поскольку она действительно обеспечивает стабильность и позволяет избежать нежелательных эффектов насыщения, и ее также принято называть линейным режимом .

С другой стороны, когда к инвертирующему входу не применяется обратная связь, операционный усилитель, как говорят, работает в нелинейном режиме , , мы также можем сказать, что в конфигурации с разомкнутым контуром . Компараторы — это специальные схемы операционных усилителей, которые предназначены для работы в нелинейном режиме и могут использоваться в качестве простых логических вентилей.

Представление схемы вместе с основными сведениями о компараторах дается в первом разделе.

Во втором разделе мы увеличиваем сложность схемы, чтобы показать, как преобразовать так называемую «точку перелома» или «порог» компаратора. Мы показываем, что возможность преобразования этого значения важна для правильного проектирования детекторов уровня.

Триггеры Шмитта обсуждаются в третьем абзаце, мы увидим, как работают такие компараторы и как их можно использовать в реальных приложениях. Более того, мы подчеркиваем их преимущества, сравнивая их с базовыми компараторами.

Презентация

Неинвертирующий компаратор

Самый простой компаратор состоит из операционного усилителя без резистора или контура обратной связи, сигнал для сравнения — V ₁ и подает неинвертирующий вход, опорный сигнал V _ref подает инвертирующий вход, выход помечен V _из , а мощность питания составляет V _{S +} и V _S- , которые могут быть симметричными или несимметричными.

В этом разделе презентации мы представим и признаем, что V _ref составляет основу, и, следовательно, V _ref = 0. Более того, допустим, что питание симметричное (V _{S +} = -V _S- ).

Принцип действия этой схемы чрезвычайно прост и может быть резюмирован в зависимости от значения V ₁ :

• Если V ₁ > V _ref , V _out = V _{S +}
• Если V ₁ ref , V _out = V _S-

Отсутствие обратной связи на инвертирующем входе заставляет усилитель насыщаться до уровня мощности источника питания, когда дифференциальный вход V _в = V ₁ -V _ref = V ₁ становится немного выше нуля в абсолютное значение

Характеристика ввода / вывода, связанная со схемой , рис. 1 — это функция, подобная Хевисайду, показанная на рис. , рис. 2, ниже:

Если синусоидальный сигнал применяется в качестве входа, компаратор может использоваться для преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный:

Инвертирующий компаратор

В предыдущем подразделе сигнал для сравнения подавался на неинвертирующий вход, в то время как опорный сигнал был на инвертирующем входе операционного усилителя.Однако роли можно поменять местами, чтобы получить инвертирующий компаратор, такой как показано на Рис. 4 :

В этом случае значение выхода определяется этими двумя условиями:

• Если V ₁ ref , V _out = V _{S +}
• Если V ₁ > V _ref , V _out = V _S-

Передаточная характеристика для этой конфигурации также является функцией Хевисайда, но с положительным насыщением, происходящим для V ₁ <0 и отрицательным для V ₁ > 0:

Смещение точки опрокидывания

Некоторая сложность может быть добавлена ​​делителем напряжения в опорной ветви либо неинвертирующего, либо инвертирующего компаратора, чтобы преобразовать точку опрокидывания.Переломный момент — это значение V ₁ , для которого выходной сигнал внезапно меняется с высокого (соответственно низкого) на низкий (соответственно высокий) значение. В предыдущем разделе переломный момент всегда наступал для V ₁ = 0.

Рассмотрим компаратор, представленный на рис. 6 :

Благодаря делителю напряжения на инвертирующий вход операционного усилителя подается альтернативное опорное напряжение, обозначенное V ’ _ref .Этот новый эталон удовлетворяет формуле делителя напряжения: V ’ _{ref +} = + V _S (R ₂ / (R ₁ + R ₂ )). Обратите внимание, что на делитель напряжения также может подаваться отрицательный источник питания V _S-, в этом случае альтернативная ссылка представляет собой отрицательный знак (мы обозначаем ее как V ’ _ref-).

Эти наблюдения можно резюмировать в следующих характеристиках передачи:

Если мы рассмотрим инвертирующий компаратор, действие той же схемы делителя напряжения будет иметь противоположный эффект.Действительно, если на делитель напряжения подается положительный (или отрицательный) источник питания, то смещение точки опрокидывания будет отрицательным (соответственно положительным). Кроме того, сигнал инвертируется, как показано на Рисунок 5 .

Вход, зависящий от времени

Перемещение точки перелома позволяет установить пороговый уровень компаратора на ненулевой уровень. Когда в схему подается переменный входной сигнал, такой как выход датчика света или температуры, с помощью этого базового компаратора можно создать простой датчик уровня.

Триггер Шмитта

Триггер неинвертирующий

Перенос точки перелома также может быть реализован путем добавления схемы делителя напряжения в качестве контура обратной связи в неинвертирующей ветви, инвертирующая ветвь заземлена (V _ref = 0). Полная конфигурация показана на , рис. 9 ниже, он также известен как триггер Шмитта , мы возьмем в качестве примера неинвертирующий компаратор:

В ситуации, предложенной в рис. 9 , дифференциальный вход может быть записан в виде V _{в формате} = V ₊ -V _ref = V ₊ .Более того, напряжение V ₊ может быть записано как суперпозиция V ₁ и V _из благодаря теореме Миллмана:

Дифференциальный вход равен нулю, когда V ₁ = -V _out (R ₁ / R ₂ ). Поскольку выходное значение может быть равно только V _S или -V _S , есть два значения V ₁ , которые можно рассматривать как точки перелома, мы обозначаем их V _{T +} и V _Т- для «порога»:

• V _{T +} = V _S (R ₁ / R ₂ ) — верхний порог, для которого V _out = V _S- → V _{S +}
• V _T- = -V _S (R ₁ / R ₂ ) — нижний порог, для которого V _out = V _{S +} → V _S-

Входная / выходная характеристика неинвертирующего триггера Шмитта представляет собой график гистерезиса, представленный на Рис. 10 :

Инвертирующий триггер

Мы также можем рассмотреть такой же положительный отзыв для инвертирующей конфигурации:

В этом случае дифференциальный вход может быть записан как V _in = V _out (R ₁ / (R ₁ + R ₂ )) — V ₁ , входное напряжение V ₁ , которое отменяет дифференциальный вход, поэтому определяется как V ₁ = -V _out (R ₁ / (R ₁ + R ₂ )).

В зависимости от знака V _out могут быть определены два пороговых значения, характерных для конфигурации инвертирования:

• V _{T +} = -V _S (R ₁ / (R ₁ + R ₂ ))
• V _T- = + V _S (R ₁ / ( ₁ + R ₂ ))

Соответствующий график гистерезиса для инвертирующего триггера Шмитта приведен на Рисунок 12 :

Приложения

Триггеры и компараторы Шмитта в целом, как мы кратко представили в , рис. 8, в основном используются для преобразования аналоговых сигналов в цифровые.

Однако «базовые» компараторы обладают тем недостатком, что их срабатывает фоновый шум. Одним из наиболее ценных свойств триггеров Шмитта является их помехозащищенность , что означает, что компаратор будет переключаться между низким и высоким выходным состоянием только тогда, когда вход эффективно запускает его. Более того, поскольку высокое выходное состояние запускается верхним порогом, а низкое выходное состояние — нижним порогом, триггеры Шмита обычно добавляют задержку по сравнению с «базовыми компараторами».

При повторном рассмотрении Рисунок 8 мы можем представить, что во время второго глобального изменения освещенности два пика могут быть связаны с некоторым шумом (например, исходящим от пользователя).

Благодаря гистерезису, который может быть достигнут с помощью триггера Шмитта , если нижний порог установлен ниже минимального уровня шума, фоновый шум не запускает компаратор:

Заключение

— это операционные усилители, которые специально разработаны для работы в разомкнутом контуре или с положительной обратной связью , что является одновременно нестабильным и нелинейным режимами.Их выход может быть равен только двум различным значениям, которые приблизительно соответствуют напряжениям источника питания. Выходное или насыщающее напряжение, в зависимости от входного сигнала. Этот вход сравнивается с опорным напряжением, которое устанавливает порог компаратора.

Во втором разделе мы видели, что пороговое напряжение может быть изменено путем добавления простой схемы делителя напряжения к инвертирующей ветви операционного усилителя. Базовые компараторы работают в разомкнутом контуре и имеют только один порог, что упрощает их проектирование и обеспечивает быстрый отклик.

Третий раздел посвящен триггерам Шмитта , которые обладают тем преимуществом, что их не запускает фоновый шум, как, например, базовый компаратор. Триггеры Шмитта не работают в конфигурации с разомкнутым контуром, а вместо этого работают с положительной обратной связью на их неинвертирующий вход. Это позволяет им иметь два пороговых уровня (высокий и низкий), как следствие, их передаточная характеристика является гистерезисом.

Операционные усилители Компараторы — STMicroelectronics

Операционный усилитель в качестве схемы компаратора и его работа

Обычно 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 разработке проектов электротехники и электроники. В этой статье мы обсудим, как использовать операционный усилитель в качестве схемы компаратора и работу операционного усилителя в качестве схемы компаратора. Но, прежде всего, мы должны знать, что такое схема операционного усилителя и компаратора.

Операционный усилитель

Электронный усилитель напряжения со связью по постоянному току с 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 без обратной связи усилителя
• V + — неинвертирующий вход усилителя
• V- инвертирующий вход усилителя

Несмотря на то, что существуют различные типы операционных усилителей, 741 операционный усилитель часто используется в качестве схемы компаратора в нескольких электронных схемах.

Цепь 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 терминале на основе разницы между двумя входными сигналами, подаваемыми на два входных терминала. Этот сгенерированный выходной сигнал имеет значение 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 вырабатывая один двоичный цифровой выходной сигнал для указания большего входного сигнала, называется схемой компаратора.

Две клеммы аналогового входа представлены как V + (Vin) и V- (Vref) в приведенной выше схеме компаратора. Цифровой выход формируется на выходной клемме V0 (Vout). Выходной сигнал схемы компаратора задается

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

Как правило, компараторы используются в устройствах, таких как релаксация 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 регулируемой температурой; 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 конструкцию компаратора, то из-за шума будут высокочастотные колебания напряжения. Эту проблему необходимо учитывать в случае операционных усилителей, которые спроектированы специально как схемы компаратора. Этот шум возникает всякий раз, когда сигнал входного напряжения и сигнал опорного напряжения близки друг к другу.

Высокочастотные колебания напряжения вызваны случайной природой шума, из-за чего в быстрой последовательности напряжение входного сигнала становится больше или меньше опорного напряжения.Таким образом, выходной сигнал будет колебаться между своим максимальным уровнем напряжения и минимальным уровнем напряжения. Эту проблему можно уменьшить, применив гистерезис. Мы можем регулировать гистерезисный зазор в схеме триггера Шмитта, применяя 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 операция цепи компаратора

Как правило, выходной сигнал операционного усилителя колеблется от положительных и отрицательных значений до экстремального напряжения, которое приблизительно равно потенциалам питания.Если операционный усилитель 741 подключен к напряжению +/- 18 В, то максимальное выходное напряжение будет равно +/- 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, и выход перейдет в состояние насыщения. Таким образом, выход остается на максимальном или минимальном значении.

При использовании операционного усилителя в качестве компаратора в контрольно-измерительных приборах можно использовать разомкнутый контур для сравнения двух напряжений.Следовательно, в зависимости от разницы между значением входного напряжения и значением опорного напряжения, выходной Vout будет равен максимальному максимальному значению или минимальному минимальному значению (значение входного напряжения будет больше или меньше, чем значение опорного напряжения, несколько на микро вольт).

Опорное напряжение подается на неинвертирующий входной терминал операционного усилителя, а переменное напряжение подается на инвертирующий входной терминал операционного усилителя. Рассмотрим принципиальную схему компаратора операционного усилителя, показанную на рисунке: если напряжение, подаваемое на контакт 2, больше, чем опорное напряжение, подаваемое на контакт 3, то выходное напряжение становится низким и незначительно превышает –Vs.Если напряжение, подаваемое на контакт 2, меньше опорного напряжения, подаваемого на контакт 3, выходное напряжение становится высоким и незначительно меньше + Vs.

Есть много операционных усилителей, предназначенных для работы компараторов, эти схемы компараторов на операционных усилителях используются для высокоскоростных сравнений. Состояние выхода этих схем компаратора ОУ 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 классифицируются на разные типы.Конкретный компаратор операционного усилителя может использоваться для конкретного приложения в зависимости от требуемой скорости и / или потребляемой мощности.

Применение операционного усилителя в качестве компаратора в практических электронных схемах

Система мониторинга температуры и влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием проекта Arduino предназначена для разработки системы автоматического полива, которая управляет переключением (включением и выключением) электродвигателя насоса путем измерения влажности почвы.

Датчик определяет влажность почвы, и соответствующий сигнал подается на плату Arduino. Это достигается за счет использования операционного усилителя в качестве схемы компаратора, действующего как интерфейс между датчиком и микроконтроллером. На основе 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 основании ваших запросов, размещенных в разделе комментариев ниже.