Jak używać wzmacniacza operacyjnego jako obwodu komparatora

W tym poście kompleksowo uczymy się, jak używać dowolnego opampa jako komparatora w obwodzie do porównywania różnic wejściowych i tworzenia odpowiednich wyjść.

Co to jest komparator wzmacniacza operacyjnego

Byliśmy za pomocą układu scalonego wzmacniacza operacyjnego prawdopodobnie odkąd zaczęliśmy uczyć się elektroniki, mam na myśli ten cudowny mały układ scalony 741, dzięki któremu praktycznie każdy układ oparty na komparatorze staje się możliwy.

Tutaj omawiamy jeden z prostych obwodów aplikacji tego układu scalonego, w którym się znajduje skonfigurowany jako komparator , nic dziwnego, że poniższe aplikacje można modyfikować na wiele różnych sposobów zgodnie z preferencjami użytkownika.

Jak sama nazwa wskazuje, komparator opamp odnosi się do funkcji porównywania określonego zestawu parametrów lub może mieć tylko kilka wielkości, jak w tym przypadku.

Ponieważ w elektronice mamy do czynienia przede wszystkim z napięciami i prądami, czynniki te stają się jedynymi czynnikami i służą do obsługi, regulacji lub sterowania różnymi komponentami.

W proponowanej konstrukcji komparatora wzmacniacza operacyjnego zasadniczo dwa różne poziomy napięcia są używane na pinach wejściowych do ich porównania, jak pokazano na poniższym schemacie.

PAMIĘTAJ, ŻE NAPIĘCIE NA STYKACH WEJŚCIOWYCH NIE MOŻE PRZEKRACZAĆ POZIOMU ​​ZASILANIA DC WZMACNIACZA OP, NA POWYŻSZYM RYSUNKU NIE POWINNO PRZEKRACZAĆ +12 V

Dwa piny wejściowe wzmacniacza operacyjnego nazywane są odwracającymi (ze znakiem minus), a nieodwracający pin (ze znakiem plus) stają się wejściami czujnikowymi wzmacniacza operacyjnego.

Gdy jest używany jako komparator, jeden z pinów z dwóch jest przyłożony stałym napięciem odniesienia, podczas gdy drugi pin jest zasilany napięciem, którego poziom musi być monitorowany, jak pokazano poniżej.

Monitorowanie powyższego napięcia odbywa się w odniesieniu do stałego napięcia, które zostało przyłożone do drugiego uzupełniającego pinu.

Dlatego też, jeżeli monitorowane napięcie przekroczy lub spadnie poniżej ustalonego zadanego napięcia progowego, wyjście powraca do stanu lub zmienia swój pierwotny stan lub zmienia polaryzację napięcia wyjściowego.

Demo wideo

Jak działa komparator Opamp

Przeanalizujmy powyższe wyjaśnienie, badając następujący przykładowy obwód przełącznika czujnika światła.

Patrząc na schemat obwodu, znajdujemy obwód skonfigurowany w następujący sposób:

Widzimy, że pin # 7 wzmacniacza operacyjnego, który jest pinem + zasilania jest podłączony do szyny dodatniej, podobnie jego pin # 4, który jest pinem ujemnym zasilania, jest podłączony do ujemnej lub raczej zerowej szyny zasilania zasilacza .

Powyższa para połączeń pinów zasila układ scalony, dzięki czemu może on kontynuować swoje zamierzone funkcje.

Teraz, jak omówiono wcześniej, pin nr 2 układu scalonego jest podłączony na skrzyżowaniu dwóch rezystorów, których końce są podłączone do dodatnich i ujemnych szyn zasilacza.

Taki układ rezystorów nazywany jest dzielnikiem potencjału, co oznacza, że ​​potencjał lub poziom napięcia na styku tych rezystorów będzie w przybliżeniu równy połowie napięcia zasilania, więc jeśli napięcie zasilania wynosi 12, złącze sieci dzielnika potencjału będzie być 6 woltów i tak dalej.

Jeśli napięcie zasilania jest dobrze wyregulowane, powyższy poziom napięcia będzie również dobrze ustalony i dlatego może być użyty jako napięcie odniesienia dla pinu # 2.

Dlatego odnosząc się do napięcia złącza rezystorów R1 / R2, napięcie to staje się napięciem odniesienia na pinie # 2, co oznacza, że ​​układ scalony będzie monitorował i reagował na każde napięcie, które może przekroczyć ten poziom.

Monitorowane napięcie wykrywania jest przykładane do pinu nr 3 układu scalonego, w naszym przykładzie przez LDR. Pin # 3 jest podłączony na skrzyżowaniu pinu LDR i wstępnie ustawionego terminala.

Oznacza to, że to złącze ponownie staje się dzielnikiem potencjału, którego poziom napięcia tym razem nie jest ustalony, ponieważ wartość LDR nie może być ustalona i będzie się zmieniać w zależności od warunków oświetlenia otoczenia.

Teraz przypuśćmy, że chcesz, aby obwód wykrył wartość LDR w pewnym momencie tuż po zmroku, dostosowujesz ustawienie wstępne tak, aby napięcie na pinie # 3 lub na skrzyżowaniu LDR, a ustawienie wstępne przekraczało znak 6 V.

Kiedy tak się dzieje, wartość wzrasta powyżej ustalonego odniesienia na pinie # 2, to informuje układ scalony o wzroście napięcia wykrywania powyżej napięcia odniesienia na pinie # 2, co natychmiast przywraca wyjście układu scalonego, które zmienia się na dodatnie od początkowego napięcia zerowego pozycja.

Powyższa zmiana stanu układu scalonego z zera na dodatni uruchamia stopień sterownika przekaźnika, który załącza obciążenie lub światła, które można podłączyć do odpowiednich styków przekaźnika.

Pamiętaj, że wartości rezystorów podłączonych do pinu # 2 mogą być również zmieniane w celu zmiany progu wykrywania na pinie # 3, więc wszystkie są wzajemnie zależne, co daje szeroki kąt zmienności parametrów obwodu.

Inną cechą R1 i R2 jest to, że unika się potrzeby stosowania zasilacza o dwóch biegunach, dzięki czemu konfiguracja jest bardzo prosta i schludna.

Zamiana parametru wykrywania z parametrem regulacji

Jak pokazano poniżej, wyjaśnioną powyżej reakcję operacyjną można po prostu odwrócić, zamieniając pozycje pinów wejściowych układu scalonego lub rozważając inną opcję, w której zmieniamy tylko wzajemnie pozycje LDR i ustawienia wstępnego.

Tak zachowuje się każdy podstawowy wzmacniacz operacyjny, gdy jest skonfigurowany jako komparator.

Podsumowując, możemy powiedzieć, że w każdym komparatorze opartym na opampie zachodzą następujące operacje:

Praktyczny przykład nr 1

1) Gdy na pin odwracający (-) przyłożone jest stałe napięcie odniesienia, a nieodwracający (+) pin wejściowy jest poddawany działaniu zmieniającego się napięcia wykrywającego, wyjście wzmacniacza operacyjnego pozostaje 0 V lub ujemne, o ile (+) napięcie na pinie pozostaje poniżej (-) referencyjnego poziomu napięcia na pinie.

Naprzemiennie, gdy napięcie (+) na pinie wzrośnie powyżej (-) napięcia, wyjście szybko zmieni dodatni poziom zasilania DC.

Przykład nr 2

1) Odwrotnie, gdy nieodwracający pin (+) jest przyłożony do stałego napięcia odniesienia, a odwracający (-) pin wejściowy jest poddawany zmiennemu napięciu wykrywania, wyjście wzmacniacza operacyjnego pozostaje zasilane na poziomie DC lub dodatnim, o ile napięcie na pinie (-) pozostaje poniżej poziomu napięcia na pinie odniesienia (+).

Naprzemiennie, gdy napięcie na (-) pinie wzrośnie powyżej napięcia (+), wyjście szybko zmieni się na ujemne lub wyłączy się na 0V.