Компаратор

Компаратор

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

Инвентирующий компараторИнвертирующий 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

Неинвентирующий компараторНеинвертирующий 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.

 

Компаратор-44

Символ компаратора

 

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.

Компаратор-55

Сравнение выходной схемы операционного усилителя и компаратора

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».

компаратора

Цепь неинвертирующего компаратора Схема неинвертирующего компаратора

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.

одиночный компаратор

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.

компаратора-21

Схема инвертирующего компаратора

 

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.

Компаратор-71

 

 

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.

Система контроля

Система контроля влажности

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.

реализация микросхемы монитора сердечного ритма

Системная реализация микросхемы монитора сердечного ритма

 

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

дымовой сигнализации

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?

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *