Im Allgemeinen werden Komparatoren in verschiedene Typen wie elektrische Komparatoren, elektronische Komparatoren, mechanische Komparatoren, optische Komparatoren, Sigma-Komparatoren, pneumatische Komparatoren, digitale Komparatoren usw. eingeteilt. Diese Komparatorschaltungen werden typischerweise beim Entwerfen von elektrischen und Elektronikprojekte . In diesem Artikel wird erläutert, wie ein Operationsverstärker als Komparatorschaltung verwendet wird und wie der Operationsverstärker als Komparatorschaltung funktioniert. In erster Linie müssen wir jedoch wissen, was eine Operationsverstärker- und Komparatorschaltung ist.
Operationsverstärker
Operationsverstärker
Der gleichstromgekoppelte elektronische Spannungsverstärker mit hoher Verstärkung, der aus zwei Eingangsanschlüssen besteht, ist in der Abbildung dargestellt. Der Differenzeingang wird den beiden Eingangsanschlüssen (invertierender Eingangsanschluss und nicht invertierender Eingangsanschluss) des Operationsverstärkers zugeführt und erzeugt am Vout-Anschluss ein einziges Ausgangspotential. Somit wird die an seinen beiden Eingangsanschlüssen eingespeiste Potentialdifferenz verstärkt, um einen verstärkten Ausgang zu erzeugen. Dieser verstärkte Ausgang entspricht einer hunderttausenden Differenz zwischen den Eingangssignalen.
Der Ausgang des Verstärkers kann wie folgt angegeben werden
Vout = AOL (V + - V-)
Wo,
- AOL ist eine Open-Loop-Verstärkung des Verstärkers
- V + ist der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers
- V- ist der invertierende Eingang des Verstärkers
Obwohl es verschiedene gibt Arten von Operationsverstärkern 741 Operationsverstärker werden häufig als Komparatorschaltung in mehreren Elektronikschaltungen verwendet.
Komparatorschaltung
Das Gerät, das aus zwei Eingangsanschlüssen besteht, bei denen das Referenzeingangssignal einem Anschluss und der Istwert des Signals einem anderen Anschluss zugeführt wird. Dann wird am Ausgangsanschluss ein Ausgangssignal basierend auf der Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen erzeugt, die den beiden Eingangsanschlüssen zugeführt werden. Dieses erzeugte Ausgangssignal ist entweder 0 (niedrig) oder 1 (hoch).
In der elektrischen und elektronischen Terminologie wird das Gerät, das zum Vergleichen von zwei Spannungs- oder Stromsignalen verwendet wird, die den beiden analogen Eingangsanschlüssen zugeführt werden, wodurch ein binäres digitales Ausgangssignal erzeugt wird, um das größere Eingangssignal anzuzeigen, als bezeichnet Komparatorschaltung .
Komparatorschaltung
Die zwei analogen Eingangsanschlüsse sind in der obigen Komparatorschaltung als V + (Vin) & V- (Vref) dargestellt. Der digitale Ausgang wird am Ausgangsanschluss V0 (Vout) erzeugt. Das Ausgangssignal der Komparatorschaltung ist gegeben durch
Wenn V +> V- (Vin ist größer als Vref), dann ist V0 = 1 und Im Allgemeinen werden Komparatoren in Geräten wie Relaxationsoszillatoren, Analog-Digital-Wandlern (ADCs) und auch in Geräten verwendet, die zur Messung analoger Signale verwendet werden. Die Komparatoren bestehen aus Differenzverstärkern mit hoher Verstärkung, und wir können einen Operationsverstärker als Komparatorschaltung verwenden. 741 Operationsverstärker sind grundlegende Operationsverstärker, die in vielen Elektronikschaltungen als Komparatorschaltung verwendet werden können. Zum Beispiel, wenn wir a betrachten temperaturgesteuerter Schalter dann wird ein Schaltvorgang basierend auf der Temperatur durchgeführt. Wenn der tatsächliche Temperaturwert den voreingestellten Referenztemperaturwert überschreitet, wird vom Temperatursensor entsprechend eine Ausgangsspannung (niedrig oder hoch) erzeugt. Wenn wir die grundlegende Komparatoranordnung betrachten, gibt es hochfrequente Spannungsschwankungen, die durch Rauschen verursacht werden. Dieses Problem muss bei Operationsverstärkern berücksichtigt werden, die speziell als Komparatorschaltungen ausgelegt sind. Dieses Rauschen wird immer dann erzeugt, wenn das Eingangsspannungssignal und das Referenzspannungssignal nahe beieinander liegen. Operationsverstärker als Komparatorschaltung Die Hochfrequenzspannungsschwankungen werden aufgrund der zufälligen Natur des Rauschens verursacht, wodurch in schnellen Abfolgen die Eingangssignalspannung größer oder kleiner als die Referenzspannung wird. Somit schwingt das Ausgangssignal zwischen seinem maximalen Spannungspegel und seinem minimalen Spannungspegel. Dieses Problem kann durch Anwenden reduziert werden Hysterese . Wir können die Hystereselücke in der Schmitt-Triggerschaltungsanordnung einstellen, indem wir eine Hysterese unter Verwendung einer positiven Rückkopplung auf eine Operationsverstärker-Komparatorschaltung anwenden. Die Abbildung zeigt den Operationsverstärker als Komparatorschaltung mit Hysterese. Im Allgemeinen schwankt der Ausgang eines Operationsverstärkers positiv und negativ bis zu einer extremen Spannung, die ungefähr den Versorgungspotentialen entspricht. Wenn eine 741 am Amp Wird eine +/- 18V angeschlossen, so wird die maximale Ausgangsspannung mit +/- 15V angegeben. Dies ist auf die extrem hohe Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers (10.000 bis 1 Million) zurückzuführen. Wenn also durch einen Eingang eine Spannungsdifferenz von +/- 150 Mikrovolt erzeugt wird, wird diese ungefähr eine Million Mal verstärkt und der Ausgang wird in die Sättigung getrieben. Somit bleibt der Ausgang auf seinem Maximal- oder Minimalwert. Operationsverstärker als Komparatorschaltplan Arbeitsbetrieb Während der Verwendung eines Operationsverstärkers als Komparator in der Instrumentierung kann die offene Schleife verwendet werden, um die beiden Spannungen zu vergleichen. Abhängig von der Differenz zwischen dem Eingangsspannungswert und dem Referenzspannungswert ist der Ausgangs-Vout daher gleich dem maximalen hohen Wert oder dem minimalen niedrigen Wert (der Eingangsspannungswert ist größer oder kleiner als der Referenzspannungswert, der nur wenige Mikrowerte beträgt Volt). Die Referenzspannung wird dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers und die variable Spannung dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers zugeführt. Betrachten Sie das in der Abbildung gezeigte Schaltbild des Operationsverstärkerkomparators. Wenn die an Pin 2 eingespeiste Spannung größer ist als die an Pin 3 eingespeiste Referenzspannung, wird die Ausgangsspannung niedrig und geringfügig größer als –Vs. Wenn die an Pin 2 eingespeiste Spannung kleiner ist als die an Pin 3 eingespeiste Referenzspannung, wird die Ausgangsspannung hoch und geringfügig kleiner als + Vs. Es gibt viele Operationsverstärker, die für den Betrieb von Komparatoren vorgesehen sind. Diese Operationsverstärker-Komparatorschaltungen werden für Hochgeschwindigkeitsvergleiche verwendet. Der Ausgangszustand dieser Operationsverstärker-Komparatorschaltungen ändert sich in weniger als 1 Mikrosekunde. Diese Hochgeschwindigkeitsvergleichs-Operationsverstärker-Komparatorschaltungen verbrauchen jedoch abhängig von der Vergleichsgeschwindigkeit mehr Leistung. Basierend auf der Geschwindigkeit der Vergleiche und dem Stromverbrauch werden diese Komparatoren in verschiedene Typen eingeteilt. Der spezielle Operationsverstärkerkomparator kann abhängig von der erforderlichen Geschwindigkeit und / oder für eine bestimmte Anwendung verwendet werden Energieverbrauch . Das Temperatur-Feuchtigkeits-Überwachungssystem des Bodens basiert auf drahtlosen Sensornetzwerken Arduino-Projekt wurde für die Entwicklung eines automatischen Bewässerungssystems entwickelt, das den Pumpenmotor mit Schaltvorgang (Ein- und Ausschalten) durch Erfassen des Bodenfeuchtigkeitsgehalts steuert. Das Temperatur-Feuchtigkeits-Überwachungssystem des Bodens basierend auf drahtlosen Sensornetzwerken unter Verwendung von Arduino von Edgefxkits.com Die Erfassungsanordnung erfasst die Feuchtigkeit des Bodens und das Arduino-Board erhält ein entsprechendes Signal. Dies wird erreicht, indem ein Operationsverstärker als Komparatorschaltung verwendet wird, der als Schnittstelle zwischen Erfassungsanordnung und Mikrocontroller fungiert. Basierend auf dem von der Erfassungsanordnung empfangenen Signal wird die Wasserpumpe betrieben. Das LCD-Display dient zur Anzeige des Status des Bodenfeuchtigkeitsgehalts und der Wasserpumpe. Darüber hinaus kann technische Unterstützung basierend auf Ihren Fragen bereitgestellt werden, die im Kommentarbereich unten veröffentlicht wurden. Sie können unser kostenloses eBook herunterladen Designelektronikprojekte allein. Kennen Sie eingebettete Systemanwendungen, in denen Operationsverstärker als Komparatorschaltung verwendet werden?
Wenn V +Operationsverstärker als Komparator
Operationsverstärker als Komparatorschaltung Arbeitsbetrieb
Anwendung von Operationsverstärkern als Komparator in praktischen Elektronikschaltungen
