Il principio di funzionamento del comparatore analogico e la sua applicazione pratica

Principio di funzionamento e applicazioni pratiche dei comparatori analogici

Un comparatore analogico è un componente elettronico fondamentale utilizzato per confrontare due tensioni in ingresso e fornire un risultato corrispondente. Ha una vasta gamma di applicazioni in vari sistemi elettronici. Di seguito è fornita una spiegazione dettagliata del principio di funzionamento e delle applicazioni pratiche dei comparatori analogici.

Principio di funzionamento

Struttura di base:

• Un comparatore analogico è solitamente costituito da un amplificatore differenziale con due terminali di ingresso: il terminale di ingresso positivo (ingresso non invertente, +) e il terminale di ingresso negativo (ingresso invertente, -).

• Il terminale di uscita fornisce generalmente un segnale binario che indica la relazione tra le due tensioni in ingresso.

Funzionamento:

• Quando la tensione al terminale di ingresso positivo (V+ ) è superiore alla tensione al terminale di ingresso negativo (V−), l'uscita del comparatore è alta (tipicamente la tensione di alimentazione VCC).

• Quando la tensione al terminale di ingresso positivo (V+ ) è inferiore alla tensione al terminale di ingresso negativo (V−), l'uscita del comparatore è bassa (tipicamente massa GND).

Matematicamente, ciò può essere espresso come:

Isterezia:

Per prevenire il rapido commutare dell'uscita del comparatore quando le tensioni in ingresso sono vicine alla soglia, può essere introdotta l'isterezia. L'isterezia viene ottenuta aggiungendo resistenze in un circuito di retroazione positiva, creando una piccola gamma di tensioni per la commutazione dell'uscita, migliorando così la stabilità del sistema.

Applicazioni pratiche

• Rilevamento del passaggio per zero:I comparatori possono essere utilizzati per rilevare i punti di passaggio per zero di un segnale AC. Ad esempio, nei circuiti di gestione dell'alimentazione, un comparatore può monitorare i punti di passaggio per zero di un'energia elettrica alternata per sincronizzare l'operazione di altri circuiti.

• Monitoraggio della tensione:I comparatori possono essere utilizzati per monitorare se una tensione di alimentazione supera o scende al di sotto di una certa soglia. Ad esempio, nei sistemi di gestione delle batterie, un comparatore può rilevare se la tensione della batteria è troppo bassa, attivando un allarme o spegnendo il sistema.

• Condizionamento del segnale:I comparatori possono convertire segnali analogici a variazione lenta in segnali a onda quadra. Ad esempio, nei sistemi di comunicazione, un comparatore può convertire un segnale analogico in un segnale digitale per ulteriori elaborazioni.

• Modulazione della larghezza d'impulso (PWM):Nei circuiti di controllo PWM, i comparatori possono confrontare una tensione di riferimento fissa con un segnale a dente di sega per generare un segnale PWM con ciclo di lavoro regolabile. Questo segnale è comunemente utilizzato nel controllo dei motori, nella regolazione luminosa dei LED e nei convertitori di potenza.

• Monitoraggio della temperatura:I comparatori possono essere utilizzati nei circuiti di monitoraggio della temperatura. Ad esempio, la resistenza di un termistore varia con la temperatura, e un comparatore può convertire questa variazione in un segnale di commutazione per controllare riscaldamenti o refrigerazioni.

• Rilevamento ottico:I comparatori possono essere utilizzati nei circuiti di rilevamento ottico. Ad esempio, la corrente di uscita di un fotodiodo varia con l'intensità luminosa, e un comparatore può convertire questa variazione in un segnale di commutazione per il controllo automatico dell'illuminazione o dei sistemi di sicurezza.