Princip fungování analogového komparátoru a jeho praktické využití

Princip fungování a praktické aplikace analogových komparátorů

Analogový komparátor je základní elektronickou součástkou používanou k porovnání dvou vstupních napětí a výstupu odpovídajícího výsledku. Má široké spektrum aplikací v různých elektronických systémech. Níže naleznete podrobné vysvětlení principu fungování a praktických aplikací analogových komparátorů.

Princip fungování

Základní struktura:

• Analogový komparátor obvykle tvoří diferenciální zesilovač s dvěma vstupními členy: pozitivním vstupním členem (neinverzním vstupem, +) a negativním vstupním členem (inverzním vstupem, -).

• Výstupní člen obvykle poskytuje binární signál indikující vztah mezi dvěma vstupními napětím.

Funkce:

• Když je napětí na pozitivním vstupním členu (V+ ) vyšší než napětí na negativním vstupním členu (V−), výstup komparátoru je vysoký (obvykle zásobovací napětí VCC).

• Když je napětí na pozitivním vstupním členu (V+ ) nižší než napětí na negativním vstupním členu (V−), výstup komparátoru je nízký (obvykle země GND).

Matematicky lze toto vyjádřit jako:

Hystereze:

Pro zabránění rychlému přepínání výstupu komparátoru, když jsou vstupní napětí blízko hranice, lze zavést hysterezi. Hystereze se dosahuje přidáním rezistorů do kladné zpětné vazby, což vytváří malý rozsah napětí pro přepínání výstupu, což zlepšuje stabilitu systému.

Praktické aplikace

• Detekce nulového průchodu:Komparátory lze použít k detekci nulových průchodů AC signálu. Například v obvodech pro správu energie může komparátor monitorovat nulové průchody AC zdroje napájení, aby synchronizoval funkci jiných obvodů.

• Monitorování napětí:Komparátory lze použít k monitorování, zda zásobovací napětí přesahuje nebo klesá pod určitou hranici. Například v systémech pro správu baterií může komparátor detekovat, zda je napětí baterie příliš nízké, a aktivovat alarm nebo vypnout systém.

• Úprava signálu:Komparátory mohou pomale se měnící analogové signály převést na čtvercové vlny. Například v komunikačních systémech může komparátor převést analogový signál na digitální signál pro další zpracování.

• Pulse Width Modulation (PWM):V obvodech pro řízení PWM mohou komparátory porovnat pevné referenční napětí s pilovitou vlnou, aby vygenerovaly PWM signál s upravitelným cyklem povolení. Tento signál se často používá v řízení motorů, ztmavování LED a v převodnících energie.

• Monitorování teploty:Komparátory lze použít v obvodech pro monitorování teploty. Například odpor termistoru se mění s teplotou a komparátor může tuto změnu převést na spínací signál pro kontrolu topení nebo chlazení.

• Optická detekce:Komparátory lze použít v optických detekčních obvodech. Například výstupní proud fotodiody se mění s intenzitou světla a komparátor může tuto změnu převést na spínací signál pro automatickou kontrolu osvětlení nebo bezpečnostní systémy.