Работа на веригата за сравнение и приложения

Работа на веригата за сравнение и приложения

Като цяло, в електрониката, компараторът се използва за сравняване на две напрежения или токове, които се подават на двата входа на компаратора. Това означава, че отнема две входни напрежения, след това ги сравнява и дава диференциално изходно напрежение, било то сигнал с високо или ниско ниво. Сравнителят се използва, за да усети кога произволен променлив входен сигнал достига референтното ниво или определеното прагово ниво. Сравнителят може да бъде проектиран чрез различни компоненти като диоди, транзистори, усилватели . Сравнителите се намират в много електронни приложения, които могат да се използват за задвижване на логически вериги.



Сравнителен символ

Сравнителен символ

Op-Amp като компаратор

Когато разгледаме внимателно сравнителния символ, ще го разпознаем като Op-Amp (операционен усилвател) така че това, което прави този компаратор различен от операционния усилвател Op-Amp е проектиран да приема аналогови сигнали и да извежда аналогов сигнал, докато сравнителният продукт ще дава изход само като цифров сигнал, въпреки че като Op-Amp може да се използва като Сравнители (Операционни усилватели като LM324, LM358 и LM741 не могат да се използват директно в схеми за сравнение на напрежение.






Op-Amps често могат да се използват като компаратори на напрежение, ако към изхода на усилвателя е добавен диод или транзистор), но реалният компаратор е проектиран да има по-бързо време на превключване в сравнение с многофункционалните Op-Amps. Следователно бихме могли да кажем, че компараторът е модифицираната версия на Op-усилвателите, която е специално проектирана да даде цифровия изход.

Сравнение на изходните схеми на Op-amp и Comparator

Сравнение на изходната верига на Op-amp и Comparator



Основна работа на веригата за сравнение

Сравнителната схема работи, като просто приема два аналогови входни сигнала, сравнява ги и след това произвежда логическия изход високо „1“ или ниско „0“.

Неинвертираща верига за сравнение

Неинвертираща верига за сравнение

Чрез прилагане на аналогов сигнал към компаратора + вход, наречен „неинвертиращ“ и - вход, наречен „инвертиращ“, схемата за сравнение ще сравнява тези два аналогови сигнала, ако аналоговият вход на неинвертиращия вход е по-голям от аналоговия вход на инвертирайки тогава изходът ще се люлее до логическия максимум и това ще направи транзистор с отворен колектор Q8 на еквивалентната верига LM339 по-горе, за да се включи. Когато аналоговият вход при неинвертиращ е по-малък от аналоговия вход при инвертиращия вход, тогава изходът на компаратора ще се люлее до логически ниското.

Това ще накара транзистора Q8 да се изключи. Както видяхме от снимката на еквивалентната схема на LM339 по-горе, LM339 използва транзистор Q8 с отворен колектор в изхода си, следователно трябва да използваме „Издърпващ“ резистор който е свързан към Q8 колекторния проводник с Vcc, за да работи този Q8 транзистор. Според таблицата с данни LM339, максималният ток, който би могъл да тече върху този транзистор Q8 (изходен потъващ ток), е около 18 mA. V- може да се изчисли, както следва.


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

Неинвертиращият вход за сравнение е свързан към потенциометъра 10 K, който също оформя веригата на делителя на напрежението, където можем да регулираме старта на V + напрежение от Vcc до 0 волта. Първо, когато V + е равно на Vcc, изходът на компаратора ще се люлее към логическия максимум (Vout = Vcc), тъй като V + е по-голям от V-.

Това ще изключи транзистора Q8 и светодиода ще се изключи. Когато напрежението V + спадне под V-волта, изходът на компаратора ще се завърти до логически ниското (Vout = GND) и това ще включи транзистора Q8 и светодиодът ще се включи.

Чрез смяна на аналоговия вход делителят на напрежение R1 и R2, свързан към неинвертиращия вход (V +) и потенциометъра свързан към инвертиращия вход (V-) ще получим обратния изходен резултат.

Инвертираща верига за сравнение

Инвертираща верига за сравнение

Отново, използвайки принципа на делителя на напрежението, напрежението на неинвертиращия вход (V +) е около V-волта, следователно, ако стартираме инвертиращото входно напрежение (V-) при Vcc волта, V + е по-ниско от V-, това ще накара Q8 транзистора да се включи, изходът на компаратора ще се люлее до логически ниското. Когато регулираме V- надолу под V +. Тогава Q8 транзисторът ИЗКЛЮЧИ изхода на компаратора ще се завърти до логически висок, защото V + сега е по-голям от V- и светодиодът ще се изключи.

Приложение на компаратора в практически електронни схеми

Системата за наблюдение на влажността на почвата, базирана на безжични сензорни мрежи, използващи Arduino

The система за наблюдение на влажността на почвата, базирана на безжични сензорни мрежи, използвайки проекта Arduino, е предназначен за разработване на автоматична напоителна система, която може да контролира превключващата операция (включване / изключване) на двигателя на помпата в зависимост от съдържанието на влага в почвата.

Системата за наблюдение на влажността

Системата за наблюдение на влажността

Сензорът за влага усеща влагата на почвата и се подава подходящ сигнал към дъската Arduino. Компараторът ще сравнява сигналите за нивото на влага с предварително зададения референтен сигнал. След това ще изпрати сигнал до микроконтролера. Въз основа на сигнала, получен от сензорното устройство и сигнала за сравнение, водната помпа ще работи. LCD дисплеят се използва за показване на състоянието на съдържанието на влага в почвата и водната помпа.

Схема на сензор за сърдечен ритъм

Системно внедряване на чипа Heartrate Monitor

Системно внедряване на чипа Heartrate Monitor

HRM-2511E сензор за сърдечен ритъм има 4 операционни усилвателя. Четвъртият Opamp се използва като компаратор на напрежението. Аналоговият PPG сигнал се подава към положителния вход, а отрицателният вход е обвързан с референтно напрежение (VR). Величината на VR може да се настрои някъде между 0 и Vcc чрез потенциометър P2 (показан по-горе). Всеки път, когато PPG импулсната вълна надвиши праговото напрежение VR, изходът на компаратора се повишава. По този начин това устройство осигурява изходен цифров импулс, който се синхронизира с сърдечния ритъм. Ширината на импулса също се определя от праговото напрежение VR.

Верига за алармена система за дим

Верига за алармена система за дим

Верига за алармена система за дим

The фотодиоди излъчват светлина, която се открива от фототранзисторите Q1 и Q2. Горната област е запечатана и по този начин работната точка на транзистора Q1 не се променя. Тази работна точка се използва като ориентир за компаратора. Когато димът навлезе в долната област, работната точка на фототранзистора Q2 се променя, като по този начин се променя напрежението Vin от основата (без дим), стойността Vin (no_smoke). Както интензивността на светлината в основата на снимката -транзисторът намалява поради навлизането на дим в региона, базовият ток намалява и напрежението Vin ще се увеличи от стойността Vin (без дим) Vin (no_smoke). Когато напрежението Vin пресича Vref, изходът на компаратора превключва от VL към VH, задействайки алармата.

Надявам се, четейки тази статия, сте придобили някои основи и сте работили върху сравнението. Ако имате въпроси относно тази статия или относно последна година електроника и електрически проекти , моля не се колебайте да коментирате в раздела по-долу. Ето един въпрос към вас: Знаете ли някакви вградени системни приложения, в които операционният усилвател се използва като схема за сравнение?