Verwendung eines Operationsverstärkers als Komparatorschaltung

In diesem Beitrag lernen wir umfassend, wie man einen Operationsverstärker als Komparator in einer Schaltung verwendet, um Eingangsdifferenzen zu vergleichen und die entsprechenden Ausgänge zu erzeugen.

Was ist ein Operationsverstärker-Komparator?

Wir waren mit einem Operationsverstärker-IC wahrscheinlich, seit wir angefangen haben, Elektronik zu lernen, beziehe ich mich auf diesen wunderbaren kleinen IC 741, durch den praktisch jedes komparatorbasierte Schaltungsdesign möglich wird.

Hier diskutieren wir eine der einfachen Anwendungsschaltungen dieses IC, wo er sich befindet als Komparator konfiguriert Kein Wunder, dass die folgenden Anwendungen je nach Benutzerpräferenz auf zahlreiche verschiedene Arten geändert werden können.

Wie der Name schon sagt, bezieht sich der Opamp-Komparator auf die Funktion des Vergleichs zwischen einem bestimmten Parametersatz oder kann wie im Fall nur ein paar Größen betragen.

Da es sich in der Elektronik hauptsächlich um Spannungen und Ströme handelt, werden diese Faktoren zu alleinigen Wirkstoffen und dienen zum Betrieb oder zur Regelung oder Steuerung der verschiedenen beteiligten Komponenten.

Bei dem vorgeschlagenen Operationsverstärker-Komparator-Design werden grundsätzlich zwei verschiedene Spannungspegel an den Eingangspins verwendet, um sie zu vergleichen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Denken Sie daran, dass die Spannung an den Eingangsstiften den Gleichstromversorgungspegel des Operationsverstärkers nicht überschreiten sollte. In der obigen Abbildung sollte sie +12 V nicht überschreiten

Die beiden Eingangspins eines Operationsverstärkers werden als invertierend (mit einem Minuszeichen) bezeichnet, und der nicht invertierende Pin (mit einem Pluszeichen) wird zu den Erfassungseingängen des Operationsverstärkers.

Bei Verwendung als Komparator wird einer der beiden Pins mit einer festen Referenzspannung angelegt, während der andere Pin mit der Spannung gespeist wird, deren Pegel überwacht werden muss, wie unten gezeigt.

Die Überwachung der obigen Spannung erfolgt unter Bezugnahme auf die feste Spannung, die an den anderen komplementären Pin angelegt wurde.

Wenn daher die zu überwachende Spannung die feste Referenzschwellenspannung überschreitet oder unterschreitet, kehrt der Ausgang in den Zustand zurück oder ändert seinen ursprünglichen Zustand oder ändert seine Ausgangsspannungspolarität.

Video-Demo

Wie ein Opamp-Komparator funktioniert

Lassen Sie uns die obige Erklärung analysieren, indem wir die folgende Beispielschaltung eines Lichtsensorschalters untersuchen.

Wenn wir uns den Schaltplan ansehen, finden wir die Schaltung folgendermaßen konfiguriert:

Wir können sehen, dass der Pin Nr. 7 des Operationsverstärkers, der der + Versorgungsstift ist, mit der positiven Schiene verbunden ist, ebenso wie sein Stift Nr. 4, der der negative Versorgungsstift ist, mit der negativen bzw. der Nullversorgungsschiene der Stromversorgung verbunden ist .

Die obigen paar Pin-Verbindungen versorgen den IC mit Strom, damit er seine beabsichtigten Funktionen fortsetzen kann.

Wie bereits erwähnt, ist Pin 2 des IC an der Verbindungsstelle zweier Widerstände angeschlossen, deren Enden mit den positiven und negativen Schienen der Stromversorgung verbunden sind.

Diese Anordnung der Widerstände wird als Potentialteiler bezeichnet, was bedeutet, dass das Potential oder der Spannungspegel an der Verbindungsstelle dieser Widerstände ungefähr die Hälfte der Versorgungsspannung beträgt. Wenn also die Versorgungsspannung 12 beträgt, wird die Verbindungsstelle des Potentialteilernetzwerks 6 Volt sein und so weiter.

Wenn die Versorgungsspannung gut geregelt ist, ist der obige Spannungspegel ebenfalls gut festgelegt und kann daher als Referenzspannung für Pin 2 verwendet werden.

Unter Bezugnahme auf die Sperrschichtspannung der Widerstände R1 / R2 wird diese Spannung daher zur Referenzspannung an Pin 2, was bedeutet, dass der IC jede Spannung überwacht und darauf reagiert, die über diesen Wert hinausgehen könnte.

Die zu überwachende Erfassungsspannung wird an Pin 3 des IC angelegt, in unserem Beispiel über einen LDR. Der Pin Nr. 3 ist an der Verbindungsstelle des LDR-Pins mit einem voreingestellten Anschluss verbunden.

Dies bedeutet, dass dieser Übergang wieder zu einem Potentialteiler wird, dessen Spannungspegel diesmal nicht festgelegt ist, da der LDR-Wert nicht festgelegt werden kann und mit den Umgebungslichtbedingungen variiert.

Angenommen, Sie möchten, dass die Schaltung den LDR-Wert irgendwann in der Dämmerung erfasst. Stellen Sie die Voreinstellung so ein, dass die Spannung an Pin 3 oder an der Verbindungsstelle von LDR und Voreinstellung gerade die 6-V-Marke überschreitet.

Wenn dies geschieht, steigt der Wert über die feste Referenz an Pin # 2, dies informiert den IC über die Erfassungsspannung, die über die Referenzspannung an Pin # 2 ansteigt, dies setzt sofort den Ausgang des IC zurück, der von seiner anfänglichen Nullspannung auf positiv wechselt Position.

Die obige Änderung des IC-Zustands von Null auf Positiv löst die Relaistreiberstufe aus, die die Last oder die Lichter einschaltet, die möglicherweise an die entsprechenden Kontakte des Relais angeschlossen sind.

Denken Sie daran, dass die Werte der an Pin 2 angeschlossenen Widerstände auch geändert werden können, um die Erfassungsschwelle von Pin 3 zu ändern, sodass sie alle voneinander abhängig sind und Sie einen weiten Variationswinkel der Schaltungsparameter erhalten.

Ein weiteres Merkmal von R1 und R2 besteht darin, dass kein Netzteil mit doppelter Polarität verwendet werden muss, wodurch die betreffende Konfiguration sehr einfach und übersichtlich ist.

Ersetzen des Erfassungsparameters mit dem Einstellparameter

Wie unten gezeigt, kann die oben erläuterte Betriebsantwort einfach umgekehrt werden, indem die Eingangspinpositionen des IC vertauscht werden oder indem eine andere Option in Betracht gezogen wird, bei der nur die Positionen des LDR und der Voreinstellung vertauscht werden.

So verhält sich ein grundlegender Opamp, wenn er als Komparator konfiguriert ist.

Zusammenfassend können wir sagen, dass in jedem opamp-basierten Kompartiment die folgenden Operationen stattfinden:

Praktisches Beispiel # 1

1) Wenn der invertierende Pin (-) an eine feste Spannungsreferenz angelegt wird und der nicht invertierende (+) Eingangspin einer sich ändernden Erfassungsspannung ausgesetzt wird, bleibt der Ausgang des Operationsverstärkers 0 V oder negativ, solange der (+) Die Pin-Spannung bleibt unter dem (-) Referenz-Pin-Spannungspegel.

Sobald die (+) Pin-Spannung höher als die (-) Spannung ist, dreht der Ausgang alternativ schnell den positiven Versorgungsgleichstrompegel.

Beispiel 2

1) Wenn umgekehrt der nichtinvertierende Pin (+) an eine feste Spannungsreferenz angelegt wird und der invertierende (-) Eingangspin einer sich ändernden Erfassungsspannung ausgesetzt wird, bleibt der Ausgang des Operationsverstärkers so lange mit Gleichstrom versorgt oder positiv Die (-) Pin-Spannung bleibt unter dem (+) Referenz-Pin-Spannungspegel.

Alternativ wird der Ausgang schnell negativ oder schaltet auf 0 V ab, sobald die (-) Pin-Spannung höher als die (+) Spannung ist.