El principi de funcionament del comparador analògic i la seva aplicació pràctica

Principi de funcionament i aplicacions pràctiques dels comparadors analògics

Un comparador analògic és un component electrònic fonamental utilitzat per comparar dues tensions d'entrada i produir un resultat corresponent. Té una àmplia gamma d'aplicacions en diversos sistemes electrònics. A continuació es presenta una explicació detallada del principi de funcionament i les aplicacions pràctiques dels comparadors analògics.

Principi de funcionament

Estructura bàsica:

• Un comparador analògic típicament consta d'un amplificador diferencial amb dos terminals d'entrada: el terminal d'entrada positiva (entrada no invertida, +) i el terminal d'entrada negativa (entrada invertida, -).

• El terminal de sortida sol proporcionar un senyal binari que indica la relació entre les dues tensions d'entrada.

Funcionament:

• Quan la tensió al terminal d'entrada positiva (V+ ) és més alta que la tensió al terminal d'entrada negativa (V−), la sortida del comparador és alta (típicament la tensió d'alimentació VCC).

• Quan la tensió al terminal d'entrada positiva (V+ ) és més baixa que la tensió al terminal d'entrada negativa (V−), la sortida del comparador és baixa (típicament la massa GND).

Matemàticament, això es pot expressar com:

Histerèsis:

Per evitar que el comparador canviï ràpidament la seva sortida quan les tensions d'entrada estiguin prop del llindar, es pot introduir histerèsis. L'histerèsis s'aconsegueix afegint resistències en un bucle de retroalimentació positiva, creant un rang de tensió petit per al canvi de sortida, així augmentant la estabilitat del sistema.

Aplicacions pràctiques

• Detecció de creuament zero:Els comparadors es poden utilitzar per detectar els punts de creuament zero d'un senyal AC. Per exemple, en circuits de gestió d'energia, un comparador pot monitoritzar els punts de creuament zero d'una alimentació AC per sincronitzar l'operació d'altres circuits.

• Monitorització de tensió:Els comparadors es poden utilitzar per monitoritzar si una tensió d'alimentació supera o queda per sota d'un cert llindar. Per exemple, en sistemes de gestió de bateries, un comparador pot detectar si la tensió de la bateria és massa baixa, activant una alarma o aturant el sistema.

• Condicionament de senyals:Els comparadors poden convertir senyals analògics que varien lentament en senyals de quadrat. Per exemple, en sistemes de comunicació, un comparador pot convertir un senyal analògic en un senyal digital per a un tractament posterior.

• Modulació de l'amplada de pols (PWM):En circuits de control PWM, els comparadors poden comparar una tensió de referència fixa amb un senyal de dent de serra per generar un senyal PWM amb cicle útil ajustable. Aquest senyal s'utilitza habitualment en el control de motors, l'aturadura de LED i els convertidors d'energia.

• Monitorització de temperatura:Els comparadors es poden utilitzar en circuits de monitorització de temperatura. Per exemple, la resistència d'un termistor canvia amb la temperatura, i un comparador pot convertir aquest canvi en un senyal de commutació per controlar calentadors o refrigeradors.

• Detecció òptica:Els comparadors es poden utilitzar en circuits de detecció òptica. Per exemple, la corrent de sortida d'un fotodiod es varia amb la intensitat de llum, i un comparador pot convertir aquesta variació en un senyal de commutació per al control automàtic de l'il·luminació o sistemes de seguretat.