Arbejdsprincippet for analog sammenligningsenheder og deres praktiske anvendelse

Arbejdsprincip og praktiske anvendelser af analoge komparatører

En analog komparatør er en fundamental elektronisk komponent, der bruges til at sammenligne to indgående spændinger og give et svarsvarende resultat. Den har en bred anvendelsesområde i forskellige elektroniske systemer. Nedenfor følger en detaljeret forklaring af arbejdsprincippet og de praktiske anvendelser af analoge komparatører.

Arbejdsprincip

Grundlæggende struktur:

• En analog komparatør består typisk af en differentialforstærker med to indgangsterminaler: den positive indgang (non-inverterende indgang, +) og den negative indgang (inverterende indgang, -).

• Udgangsterminalen leverer normalt et binært signal, der angiver forholdet mellem de to indgående spændinger.

Funktion:

• Når spændingen på den positive indgang (V+ ) er højere end spændingen på den negative indgang (V−), er komparatørens udgang høj (typisk strømforsyningsspændingen VCC).

• Når spændingen på den positive indgang (V+ ) er lavere end spændingen på den negative indgang (V−), er komparatørens udgang lav (typisk jord GND).

Matematisk kan dette udtrykkes som:

Hysteresis:

For at forhindre, at komparatøren skifter sin udgang hurtigt, når indgående spændingerne er tæt på tersklen, kan hysteresis indføres. Hysteresis opnås ved at tilføje resistorer i en positiv feedback-løkke, hvilket skaber et lille spændingsinterval for udgangsskift, og dermed øger systemets stabilitet.

Praktiske anvendelser

• Nulpunktssporing:Komparatører kan bruges til at registrere nulpunkterne i et AC-signal. For eksempel kan en komparatør i strømledningskredsløb overvåge nulpunkterne i en AC-strømforsyning for at synkronisere operationen af andre kredsløb.

• Spændingsovervågning:Komparatører kan bruges til at overvåge, om en strømforsyningsspænding overstiger eller falder under en bestemt terskel. For eksempel kan en komparatør i batterihåndteringssystemer registrere, hvis batterispændingen er for lav, og udløse en alarm eller slukke systemet.

• Signalbetingelse:Komparatører kan konvertere langsomt variérte analoge signaler til firkantsignaler. For eksempel kan en komparatør i kommunikationssystemer konvertere et analogt signal til et digitalt signal for yderligere behandling.

• Pulsbreddeberegning (PWM):I PWM-styringskredsløb kan komparatører sammenligne en fast referencespænding med en sagtandbølge for at generere et PWM-signal med justerbart duty cycle. Dette signal anvendes ofte i motorstyring, LED-dimning og strømforsyningsoverførere.

• Temperaturmonitoring:Komparatører kan anvendes i temperaturmonitoringssystemer. For eksempel ændrer en termistors modstand sig med temperaturen, og en komparatør kan konvertere denne ændring til et switch-signal for at kontrollere varmere eller kølelementer.

• Optisk detektion:Komparatører kan anvendes i optiske detektionskredsløb. For eksempel varierer en fotodiodens udgangsstrøm med lysintensiteten, og en komparatør kan konvertere denne variation til et switch-signal til automatisk belysningskontrol eller sikkerhedssystemer.