Jämförelsekretsarbete och applikationer

Generellt sett inom elektronik, komparatorn används för att jämföra två spänningar eller strömmar som ges vid de två ingångarna till komparatorn. Det betyder att det tar två ingångsspänningar och sedan jämför dem och ger en differentiell utspänning antingen hög eller låg signal. Jämföraren används för att avkänna när en godtycklig varierande insignal når referensnivån eller en definierad tröskelnivå. Jämföraren kan designas med hjälp av olika komponenter som dioder, transistorer, op-förstärkare . Jämförarna hittar i många elektroniska applikationer som kan användas för att driva logiska kretsar.

Jämförelsessymbol

Op-Amp som en komparator

När vi tittar noga på komparatorsymbolen kommer vi att känna igen den som Op-Amp (operationsförstärkare) symbol, så vad som gör att denna komparator skiljer sig från op-amp Op-Amp är utformad för att acceptera de analoga signalerna och mata ut den analoga signalen, medan komparatorn bara ger utmatning som en digital signal även om en vanlig Op-Amp kunde användas som Jämförelser (driftsförstärkare som LM324, LM358 och LM741 kan inte användas direkt i spänningskomparatorkretsar.

Op-förstärkare kan ofta användas som spänningskomparatorer om en diod eller transistor läggs till förstärkarens utgång) men den verkliga komparatorn är utformad för att ha en snabbare omkopplingstid jämfört med de multifunktionella Op-förstärkarna. Därför kan vi säga att komparatorn är den modifierade versionen av Op-Amps som är särskilt utformad för att ge den digitala utgången.

Jämförelse av Op-amp och Comparator Output Circuitry

Grundläggande komparatorkrets fungerar

Jämförelsekretsen fungerar genom att helt enkelt ta två analoga ingångssignaler, jämföra dem och sedan producera den logiska utgången hög '1' eller låg '0'.

Icke-inverterande jämförarkrets

Genom att applicera den analoga signalen på komparator + -ingången som kallas 'icke-inverterande' och - ingång som kallas 'inverterande', jämför komparatorkretsen dessa två analoga signaler, om den analoga ingången på den icke-inverterande ingången är större än den analoga ingången på invertera då kommer utgången att svänga till den logiska höga och detta kommer att göra öppen kollektor transistor Q8 på LM339-motsvarighetskretsen ovan för att slå PÅ. När den analoga ingången vid icke-inverterande är mindre än den analoga ingången på den inverterande ingången, kommer komparatorutgången att svänga till det logiska läget.

Detta gör att Q8-transistorn stängs AV. Som vi har sett från LM339-motsvarande kretsbild ovan använder LM339 en öppen kollektor-transistor Q8 i sin utgång, därför måste vi använda 'Pull-up' motstånd som är ansluten till Q8-samlarledningen med Vcc för att få denna Q8-transistor att fungera. Enligt LM339-databladet är den maximala strömmen som kan strömma på denna Q8-transistor (utgångsström) cirka 18 mA. V- kan beräknas enligt följande.

V- = R2.Vcc / (R1 + R2)

Komparatorns icke-inverterande ingång är ansluten till 10 K potentiometern, som också bildar spänningsdelarkretsen där vi kunde justera V + -spänningsstart från Vcc ner till 0 volt. Först, när V + är lika med Vcc, kommer komparatorutgången att svänga till den logiska höga (Vout = Vcc) eftersom V + är större än V-.

Detta stänger av Q8-transistorn och lysdioden stängs AV. När spänningen V + faller under V-volt, kommer komparatorutgången att svänga till det logiska lågt (Vout = GND) och detta kommer att slå Q8-transistorn PÅ och lysdioden tänds.

Genom att byta den analoga ingången är R1 och R2 spänningsdelaren ansluten till den icke-inverterande ingången (V +) och potentiometern ansluten till den inverterande ingången (V-) får vi motsatt resultat.

Inverterande komparatorkrets

Med spänningsdelarprincipen är spänningen på den icke-inverterande ingången (V +) ungefär V- volt, så om vi startar den inverterande ingångsspänningen (V-) vid Vcc volt, är V + lägre än V-, detta kommer att göra Q8-transistorn PÅ kommer komparatorutgången att svänga till det logiska läget. När vi justerar V-ner bäljer V +. Då kommer Q8-transistorn AV komparatorutgången att svänga till den logiska höga eftersom V + nu är större än V- och lysdioden kommer att stängas AV.

Tillämpning av komparator i praktiska elektronikkretsar

Jordens fuktighetsövervakningssystem baserat på trådlösa sensornätverk med Arduino

De fuktighetsövervakningssystem mark baserat på trådlösa sensornätverk med Arduino-projektet är utformat för att utveckla ett automatiskt bevattningssystem som kan styra kopplingsdriften (på / av) pumpmotorn beroende på fuktinnehållet i jorden.

Fuktighetsövervakningssystemet

Fuktsensorn känner av fukten i jorden och en lämplig signal ges till Arduino-kortet. Jämföraren kommer att jämföra fuktnivåsignaler med den fördefinierade referenssignalen. Då skickar den en signal till mikrokontrollern. Baserat på signalen som tas emot från avkänningsarrangemanget och komparatorsignalen kommer vattenpumpen att drivas. LCD-skärmen används för att visa status för jordfuktighet och vattenpump.

Hjärtslagsensorkrets

Systemimplementering av Heartrate Monitor-chipet

HRM-2511E hjärtslagssensor har 4 op-förstärkare. Den fjärde Opamp används som en spänningskomparator. Den analoga PPG-signalen matas till den positiva ingången och den negativa ingången är bunden till en referensspänning (VR). Storleken på VR kan ställas in var som helst mellan 0 och Vcc via potentiometer P2 (visas ovan). Varje gång PPG-pulsvågen överskrider tröskelspänningen VR blir komparatorns utsignal hög. Således tillhandahåller detta arrangemang en digital utgångspuls som är synkroniserad med hjärtslag. Pulsens bredd bestäms också av tröskelspänningen VR.

Röklarmkrets

Röklarmkrets

De fotodioder avger ljus som detekteras av fototransistorerna Q1 och Q2. Toppregionen är förseglad och därmed ändras inte transistorns Q1 arbetspunkt. Denna arbetspunkt används som referens för komparatorn. När rök kommer in i det nedre området förändras fototransistorns Q2s arbetspunkt, vilket resulterar i en förändring av spänningen Vin från basvärdet (ingen rök) Vin (no_smoke). Som ljusets intensitet vid fotens fot -transistor minskar på grund av att rök tränger in i regionen, basströmmen minskar och spänningen Vin ökar från basvärdet (ingen rök) Vin (no_smoke). När spänningen Vin korsar Vref växlar utgången från komparatorn från VL till VH och utlöser larmet.

Jag hoppas att genom att läsa den här artikeln har du fått några grunder och arbetat med komparatorn. Om du har frågor om den här artikeln eller om sista året elektronik och elprojekt , gärna kommentera i avsnittet nedan. Här är en fråga till dig. Känner du till några inbäddade systemapplikationer där op-amp används som en jämförarkrets?