Im Allgemeinen in der Elektronik, Mit dem Komparator werden zwei Spannungen verglichen oder Ströme, die an den beiden Eingängen des Komparators gegeben sind. Das heißt, es werden zwei Eingangsspannungen benötigt, diese dann verglichen und eine differenzielle Ausgangsspannung mit entweder hohem oder niedrigem Signal ausgegeben. Der Komparator wird verwendet, um zu erfassen, wann ein beliebig variierendes Eingangssignal den Referenzpegel oder einen definierten Schwellenpegel erreicht. Der Komparator kann unter Verwendung von entworfen werden verschiedene Komponenten wie Dioden, Transistoren, Operationsverstärker . Die Komparatoren finden in vielen elektronischen Anwendungen, die zum Ansteuern von Logikschaltungen verwendet werden können.
Komparatorsymbol
Operationsverstärker als Komparator
Wenn wir uns das Komparatorsymbol genau ansehen, werden wir es als das erkennen Operationsverstärker (Operationsverstärker) Was diesen Komparator von einem Operationsverstärker unterscheidet Der Operationsverstärker ist so ausgelegt, dass er die analogen Signale akzeptiert und das analoge Signal ausgibt, während der Komparator nur eine Ausgabe als digitales Signal liefert, obwohl ein gewöhnlicher Operationsverstärker als der verwendet werden könnte Komparatoren (Operationsverstärker wie LM324, LM358 und LM741 können nicht direkt in Spannungskomparatorschaltungen verwendet werden.
Operationsverstärker können häufig als Spannungskomparatoren verwendet werden, wenn dem Ausgang des Verstärkers eine Diode oder ein Transistor hinzugefügt wird. Der reale Komparator ist jedoch so ausgelegt, dass er im Vergleich zu den Mehrzweck-Operationsverstärkern eine schnellere Schaltzeit aufweist. Daher könnte man sagen, dass der Komparator die modifizierte Version der Operationsverstärker ist, die speziell für die digitale Ausgabe entwickelt wurde.
Vergleich der Ausgangsschaltung von Operationsverstärker und Komparator
Grundlegende Funktionsweise der Komparatorschaltung
Die Komparatorschaltung arbeitet, indem sie einfach zwei analoge Eingangssignale nimmt, diese vergleicht und dann den logischen Ausgang hoch '1' oder niedrig '0' erzeugt.
Nicht invertierende Komparatorschaltung
Durch Anlegen des Analogsignals an den Komparator + Eingang mit der Bezeichnung 'nicht invertierend' und - Eingang mit der Bezeichnung 'invertierend' vergleicht die Komparatorschaltung diese beiden analogen Signale, wenn der Analogeingang am nichtinvertierenden Eingang größer als der Analogeingang am ist Invertieren dann schwingt der Ausgang auf das logische Hoch und dies macht die offener Kollektortransistor Q8 auf dem LM339-Ersatzschaltbild oben zum Einschalten. Wenn der Analogeingang bei nicht invertierendem Eingang kleiner ist als der Analogeingang bei invertierendem Eingang, schwingt der Komparatorausgang auf den logischen Tiefpegel.
Dadurch wird der Q8-Transistor ausgeschaltet. Wie wir aus dem obigen Bild der Ersatzschaltung LM339 gesehen haben, verwendet die LM339 einen Open-Collector-Transistor Q8 in ihrem Ausgang, daher müssen wir die verwenden Pull-up-Widerstand die mit dem Vcc an die Q8-Kollektorleitung angeschlossen ist, damit dieser Q8-Transistor funktioniert. Gemäß dem Datenblatt LM339 beträgt der maximale Strom, der auf diesem Q8-Transistor fließen kann (Ausgangssenkenstrom), ungefähr 18 mA. Das V- könnte wie folgt berechnet werden.
V- = R2.Vcc / (R1 + R2)
Der nicht invertierende Komparator-Eingang ist mit dem 10-K-Potentiometer verbunden, das auch die Spannungsteilerschaltung bildet, in der wir den V + -Spannungsstart von Vcc auf 0 Volt einstellen können. Erstens, wenn V + gleich Vcc ist, schwingt der Komparatorausgang auf das logische Hoch (Vout = Vcc), weil V + größer als V- ist.
Dadurch wird der Q8-Transistor ausgeschaltet und die LED wird ausgeschaltet. Wenn die Spannung V + unter V-Volt abfällt, schwingt der Komparatorausgang auf den logisch niedrigen Wert (Vout = GND), wodurch der Q8-Transistor eingeschaltet und die LED eingeschaltet wird.
Durch Vertauschen des Analogeingangs werden die Spannungsteiler R1 und R2 an den nichtinvertierenden Eingang (V +) und angeschlossen das Potentiometer Verbunden mit dem invertierenden Eingang (V-) erhalten wir das entgegengesetzte Ausgangsergebnis.
Komparatorschaltung invertieren
Unter Verwendung des Spannungsteilerprinzips beträgt die Spannung am nicht invertierenden Eingang (V +) ungefähr V Volt. Wenn wir also die invertierende Eingangsspannung (V-) bei Vcc Volt starten, ist V + niedriger als die V-, dies Wenn der Q8-Transistor eingeschaltet wird, schwingt der Komparatorausgang auf den logischen Tiefpegel. Wenn wir das V- unten einstellen, ist das V +. Dann wird der Q8-Transistor AUS am Komparatorausgang auf das logische Hoch geschaltet, da V + jetzt größer als V- ist und die LED erlischt.
Anwendung des Komparators in praktischen Elektronikschaltungen
Das Feuchtigkeitsüberwachungssystem des Bodens basiert auf drahtlosen Sensornetzwerken mit Arduino
Das Feuchtigkeitsüberwachungssystem Der Boden, der auf drahtlosen Sensornetzwerken basiert und das Arduino-Projekt verwendet, wurde für die Entwicklung eines automatischen Bewässerungssystems entwickelt, das den Pumpenmotor mit Schaltvorgang (Ein / Aus) in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt im Boden steuern kann.
Das Feuchtigkeitsüberwachungssystem
Der Feuchtigkeitssensor erfasst die Feuchtigkeit des Bodens und ein entsprechendes Signal wird an das Arduino-Board gesendet. Der Komparator vergleicht die Feuchtigkeitsniveausignale mit dem vordefinierten Referenzsignal. Dann sendet es ein Signal an den Mikrocontroller. Basierend auf dem von der Erfassungsanordnung und dem Komparatorsignal empfangenen Signal wird die Wasserpumpe betrieben. Das LCD-Display dient zur Anzeige des Status des Bodenfeuchtigkeitsgehalts und der Wasserpumpe.
Herzschlagsensor-Schaltung
Systemimplementierung des Heartrate Monitor-Chips
Herzschlagsensor HRM-2511E hat 4 Operationsverstärker. Der vierte Opamp wird als Spannungskomparator verwendet. Das analoge PPG-Signal wird dem positiven Eingang zugeführt und der negative Eingang ist an eine Referenzspannung (VR) gebunden. Die Größe von VR kann über das Potentiometer P2 (siehe oben) irgendwo zwischen 0 und Vcc eingestellt werden. Jedes Mal, wenn die PPG-Impulswelle die Schwellenspannung VR überschreitet, wird der Ausgang des Komparators hoch. Somit liefert diese Anordnung einen digitalen Ausgangsimpuls, der mit dem Herzschlag synchronisiert ist. Die Breite des Impulses wird auch durch die Schwellenspannung VR bestimmt.
Rauchmelderkreis
Rauchmelderkreis
Das Fotodioden emittieren Licht, das von den Fototransistoren Q1 und Q2 erfasst wird. Der obere Bereich ist abgedichtet und somit ändert sich der Arbeitspunkt des Transistors Q1 nicht. Dieser Arbeitspunkt dient als Referenz für den Komparator. Wenn Rauch in den unteren Bereich eintritt, ändert sich der Arbeitspunkt des Fototransistors Q2, was zu einer Änderung der Spannung Vin vom Basiswert (kein Rauch) Vin (no_smoke) führt. Als Intensität des Lichts an der Basis des Fotos -transistor nimmt ab, weil Rauch in den Bereich eintritt, der Basisstrom nimmt ab und die Spannung Vin steigt vom Basiswert (kein Rauch) Vin (no_smoke) an. Wenn die Spannung Vin Vref überschreitet, schaltet der Ausgang des Komparators von VL auf VH und löst den Alarm aus.
Ich hoffe, dass Sie durch das Lesen dieses Artikels einige Grundlagen gewonnen und am Komparator gearbeitet haben. Wenn Sie Fragen zu diesem Artikel oder zum letztes Jahr Elektronik- und Elektroprojekte Bitte zögern Sie nicht, im folgenden Abschnitt zu kommentieren. Hier ist eine Frage an Sie: Kennen Sie eingebettete Systemanwendungen, in denen Operationsverstärker als Komparatorschaltung verwendet werden?
