Arbeidsprinsippet for analog komparator og dets praktiske anvendelse

Arbeidsprinsipp og praktiske anvendelser av analoge komparatører

En analog komparatør er et grunnleggende elektronisk komponent som brukes til å sammenligne to inngangsspenninger og gi et svarsvarende resultat. Den har en rekke anvendelser i ulike elektroniske systemer. Nedenfor følger en detaljert forklaring av arbeidsprinsippet og de praktiske anvendelsene av analoge komparatører.

Arbeidsprinsipp

Grunnstruktur:

• En analog komparatør består vanligvis av en differensiell forsterker med to inngangsterminaler: den positive inngangsterminalen (ikke-inverterende inngang, +) og den negative inngangsterminalen (inverterende inngang, -).

• Utgangsterminalen gir vanligvis et binært signal som indikerer forholdet mellom de to inngangsspenningene.

Funksjon:

• Når spenningen på den positive inngangsterminalen (V+ ) er høyere enn spenningen på den negative inngangsterminalen (V−), er komparatørens utgang høy (vanligvis strømforsyningen VCC).

• Når spenningen på den positive inngangsterminalen (V+ ) er lavere enn spenningen på den negative inngangsterminalen (V−), er komparatørens utgang lav (vanligvis jord GND).

Matematisk kan dette uttrykkes som:

Hysteres:

For å unngå at komparatøren skifter utgang raskt når inngangsspenningene nærmer seg terskelen, kan hysteresis innføres. Hysteresis oppnås ved å legge til motstander i en positiv tilbakemeldingsslinge, som skaper et lite spenningsområde for utgansskifte, noe som øker systemets stabilitet.

Praktiske anvendelser

• Nullgjennomsnittsdeteksjon:Komparatører kan brukes til å detektere nullgjennomsnittspunktene i et AC-signal. For eksempel, i strømstyringssirkuit, kan en komparatør overvåke nullgjennomsnittspunktene i en AC-strømforsyning for å synkronisere andre sirkuits funksjon.

• Spenningsovervåking:Komparatører kan brukes til å overvåke om en strømforsyningspenning overstiger eller faller under en viss terskel. For eksempel, i batteristyringssystemer, kan en komparatør detektere om batterispenningen er for lav, og trigge en alarm eller skru av systemet.

• Signalkondisering:Komparatører kan konvertere langsomt varierende analoge signaler til kvadratbølgesignaler. For eksempel, i kommunikasjonssystemer, kan en komparatør konvertere et analogt signal til et digitalsignal for videre behandling.

• Pulsbredde-modulasjon (PWM):I PWM-styringssirkuit, kan komparatører sammenligne en fast referansevoltage med en særskjærsbølgeform for å generere et PWM-signal med justerbart tidsforhold. Dette signalet brukes ofte i motorstyring, LED-dimming og strømkonvertere.

• Temperaturmonitoring:Komparatører kan brukes i temperaturmonitoringssirkuit. For eksempel, endrer termistorens motstand seg med temperaturen, og en komparatør kan konvertere denne endringen til et skiftesignal for å kontrollere varmerelementer eller kjølelementer.

• Optisk deteksjon:Komparatører kan brukes i optiske deteksjonssirkuit. For eksempel, variasjonen i fotodiodens utgangsstrøm med lysintensiteten, kan en komparatør konvertere denne variasjonen til et skiftesignal for automatisk belysningskontroll eller sikkerhetssystemer.