Generalnie w elektronice komparator służy do porównania dwóch napięć lub prądy podane na dwóch wejściach komparatora. Oznacza to, że pobiera dwa napięcia wejściowe, a następnie porównuje je i daje różnicowe napięcie wyjściowe o wysokim lub niskim poziomie. Komparator służy do wykrywania, kiedy dowolnie zmieniający się sygnał wejściowy osiąga poziom odniesienia lub określony poziom progowy. Komparator można zaprojektować za pomocą różne komponenty, takie jak diody, tranzystory, wzmacniacze operacyjne . Komparatory znajdują się w wielu aplikacjach elektronicznych, które mogą być używane do sterowania układami logicznymi.
Symbol komparatora
Wzmacniacz operacyjny jako komparator
Kiedy przyjrzymy się uważnie symbolowi komparatora, rozpoznamy go jako Wzmacniacz operacyjny (wzmacniacz operacyjny) symbol, więc to, co odróżnia ten komparator od wzmacniacza operacyjnego, jest zaprojektowane do przyjmowania sygnałów analogowych i wyprowadzania sygnału analogowego, podczas gdy komparator będzie dawał wyjście tylko jako sygnał cyfrowy, chociaż zwykły wzmacniacz operacyjny może być użyty jako Komparatory (wzmacniacze operacyjne, takie jak LM324, LM358 i LM741, nie mogą być używane bezpośrednio w obwodach komparatorów napięcia.
Wzmacniacze operacyjne mogą być często używane jako komparatory napięcia, jeśli do wyjścia wzmacniacza zostanie dodana dioda lub tranzystor), ale rzeczywisty komparator został zaprojektowany tak, aby zapewniał krótszy czas przełączania w porównaniu z wielofunkcyjnymi wzmacniaczami operacyjnymi. Dlatego możemy powiedzieć, że komparator jest zmodyfikowaną wersją wzmacniaczy operacyjnych, które zostały specjalnie zaprojektowane, aby zapewnić wyjście cyfrowe.
Porównanie obwodów wyjściowych wzmacniacza operacyjnego i komparatora
Podstawowy obwód komparatora
Obwód komparatora działa w ten sposób, że po prostu pobiera dwa analogowe sygnały wejściowe, porównuje je, a następnie generuje na wyjściu logicznym wysokie „1” lub niskie „0”.
Obwód komparatora nieodwracającego
Stosując sygnał analogowy do komparatora + wejście zwane „nieodwracającym” i - wejście zwane „odwracającym”, obwód komparatora porówna te dwa sygnały analogowe, jeśli wejście analogowe na wejściu nieodwracającym jest większe niż wejście analogowe na odwracanie, wtedy wyjście zmieni się do logicznego maksimum, co spowoduje, że tranzystor z otwartym kolektorem Q8 w obwodzie równoważnym LM339 powyżej, aby włączyć. Gdy wejście analogowe na wejściu nieodwracającym jest mniejsze niż wejście analogowe na wejściu odwracającym, wyjście komparatora zmieni się na logiczny niski.
Spowoduje to wyłączenie tranzystora Q8. Jak widzieliśmy na powyższym równoważnym obrazie obwodu LM339, LM339 wykorzystuje tranzystor typu otwarty kolektor Q8 na swoim wyjściu, dlatego musimy użyć Rezystor podciągający który jest podłączony do przewodu kolektora Q8 za pomocą Vcc, aby ten tranzystor Q8 działał. Zgodnie z arkuszem danych LM339, maksymalny prąd, który może płynąć na tym tranzystorze Q8 (prąd wyjściowy) wynosi około 18 mA. V- można obliczyć w następujący sposób.
V- = R2.Vcc / (R1 + R2)
Wejście nieodwracające komparatora jest podłączone do potencjometru 10 K, który również tworzy obwód dzielnika napięcia, w którym możemy regulować napięcie V + począwszy od Vcc do 0 woltów. Po pierwsze, gdy V + jest równe Vcc, wyjście komparatora przesunie się do logicznego maksimum (Vout = Vcc), ponieważ V + jest większe niż V-.
Spowoduje to wyłączenie tranzystora Q8 i dioda LED wyłączy się. Gdy napięcie V + spadnie poniżej V-woltów, wyjście komparatora zmieni się na logiczny niski (Vout = GND), co spowoduje włączenie tranzystora Q8 i zaświecenie diody LED.
Poprzez zamianę wejścia analogowego dzielnik napięcia R1 i R2 podłączony do wejścia nieodwracającego (V +) i potencjometr podłączony do wejścia odwracającego (V-) otrzymamy odwrotny wynik wyjściowy.
Obwód odwracającego komparatora
Ponownie, stosując zasadę dzielnika napięcia, napięcie na wejściu nieodwracającym (V +) wynosi około V- woltów, dlatego jeśli zaczniemy odwracające napięcie wejściowe (V-) od Vcc V, V + jest niższe niż V-, to spowoduje włączenie tranzystora Q8, wyjście komparatora przejdzie do logicznego niskiego poziomu. Kiedy dostosujemy V- poniżej V +. Następnie tranzystor Q8 WYŁĄCZONY, wyjście komparatora zmieni się na logiczny wysoki, ponieważ V + jest teraz większe niż V- i dioda LED zgaśnie.
Zastosowanie komparatora w praktycznych obwodach elektronicznych
System monitorowania wilgotności gleby w oparciu o bezprzewodowe sieci czujników z wykorzystaniem Arduino
Plik system monitorowania wilgotności gruntu w oparciu o bezprzewodowe sieci czujników wykorzystujące projekt Arduino jest przeznaczony do opracowania automatycznego systemu nawadniania, który może sterować załączaniem / wyłączaniem silnika pompy w zależności od wilgotności gleby.
System monitorowania wilgotności
Czujnik wilgoci wyczuwa wilgotność gleby i odpowiedni sygnał jest wysyłany do płytki Arduino. Komparator porówna sygnały poziomu wilgoci z predefiniowanym sygnałem odniesienia. Następnie wyśle sygnał do mikrokontrolera. Na podstawie sygnału otrzymanego z układu czujnikowego i sygnału komparatora uruchomiona zostanie pompa wodna. Wyświetlacz LCD służy do wyświetlania stanu wilgotności gleby i pompy wodnej.
Obwód czujnika bicia serca
Wdrożenie systemu chipa Heartrate Monitor
Czujnik bicia serca HRM-2511E ma 4 wzmacniacze operacyjne. Czwarty wzmacniacz operacyjny jest używany jako komparator napięcia. Analogowy sygnał PPG jest podawany na dodatnie wejście, a ujemne wejście jest połączone z napięciem odniesienia (VR). Wielkość VR można ustawić w zakresie od 0 do Vcc za pomocą potencjometru P2 (pokazanego powyżej). Za każdym razem, gdy fala impulsu PPG przekracza napięcie progowe VR, sygnał wyjściowy komparatora staje się wysoki. Zatem układ ten zapewnia wyjściowy impuls cyfrowy, który jest zsynchronizowany z biciem serca. Szerokość impulsu jest również określana przez napięcie progowe VR.
Obwód alarmu dymu
Obwód alarmu dymu
Plik fotodiody emitują światło wykrywane przez fototranzystory Q1 i Q2. Górny obszar jest uszczelniony, dzięki czemu punkt pracy tranzystora Q1 nie zmienia się. Ten punkt pracy służy jako odniesienie dla komparatora. Kiedy dym wchodzi w dolny obszar, zmienia się punkt pracy fototranzystora Q2, co powoduje zmianę napięcia Vin od wartości bazowej (bez dymu) Vin (bez dymu) .Jako natężenie światła u podstawy zdjęcia -tranzystor zmniejsza się z powodu wchodzenia dymu do regionu, prąd bazowy maleje, a napięcie Vin wzrośnie od wartości podstawowej (bez dymu) Vin (no_smoke). Kiedy napięcie Vin przekroczy Vref, wyjście komparatora przełącza się z VL na VH wyzwalając alarm.
Mam nadzieję, że czytając ten artykuł nauczyłeś się podstaw i pracujesz nad komparatorem. Jeśli masz jakieś pytania dotyczące tego artykułu lub pliku projekty elektroniczne i elektryczne na ostatnim roku , prosimy o komentarz w poniższej sekcji. Oto pytanie do Ciebie, czy znasz jakieś aplikacje systemów wbudowanych, w których wzmacniacz operacyjny jest używany jako obwód komparatora?
