Zasada działania porównywacza analogowego i jego praktyczne zastosowanie

Zasada działania i praktyczne zastosowania porównywaczy analogowych

Porównywacz analogowy to podstawowy element elektroniczny używany do porównywania dwóch napięć wejściowych i generowania odpowiedniego wyniku wyjściowego. Ma szerokie zastosowanie w różnych systemach elektronicznych. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie zasady działania i praktycznych zastosowań porównywaczy analogowych.

Zasada działania

Podstawowa struktura:

• Porównywacz analogowy składa się zazwyczaj z wzmacniacza różnicowego z dwoma terminalami wejściowymi: dodatnim (nieodwracalnym, +) i ujemnym (odwracalnym, -).

• Terminal wyjściowy zwykle dostarcza sygnał binarny wskazujący relację między dwoma napięciami wejściowymi.

Działanie:

• Gdy napięcie na dodatnim terminale wejściowym (V+ ) jest wyższe niż napięcie na ujemnym terminale wejściowym (V−), wyjście porównywacza jest wysokie (zazwyczaj napięcie zasilające VCC).

• Gdy napięcie na dodatnim terminale wejściowym (V+ ) jest niższe niż napięcie na ujemnym terminale wejściowym (V−), wyjście porównywacza jest niskie (zazwyczaj masa GND).

Matematycznie można to wyrazić jako:

Hystereza:

Aby zapobiec szybkiemu przełączaniu się wyjścia porównywacza, gdy napięcia wejściowe są bliskie progu, można wprowadzić hysterezę. Hystereza jest osiągana poprzez dodanie oporników w pętli sprzężenia dodatniego, tworząc mały zakres napięcia dla przełączania wyjścia, co zwiększa stabilność systemu.

Praktyczne zastosowania

• Wykrywanie punktów zerowych:Porównywacze mogą być używane do wykrywania punktów zerowych sygnału AC. Na przykład, w obwodach zarządzania energią, porównywacz może monitorować punkty zerowe zasilania AC, aby zsynchronizować działanie innych obwodów.

• Monitorowanie napięcia:Porównywacze mogą być używane do monitorowania, czy napięcie zasilające przekracza lub spada poniżej określonego progu. Na przykład, w systemach zarządzania bateriami, porównywacz może wykryć, czy napięcie baterii jest zbyt niskie, wyzwalając alarm lub wyłączenie systemu.

• Kondycjonowanie sygnałów:Porównywacze mogą konwertować powoli zmieniające się sygnały analogowe na sygnały prostokątne. Na przykład, w systemach komunikacyjnych, porównywacz może przekonwertować sygnał analogowy na sygnał cyfrowy do dalszego przetwarzania.

• Modulacja szerokości impulsu (PWM):W obwodach sterowania PWM, porównywacze mogą porównywać stałe napięcie odniesienia z falą piłokształtną, aby wygenerować sygnał PWM o regulowanym stosunku pracy. Ten sygnał jest często używany w sterowaniu silnikami, rozjaśnianiu LED i przekształtnikach mocy.

• Monitorowanie temperatury:Porównywacze mogą być używane w obwodach monitorowania temperatury. Na przykład, rezystancja termistora zmienia się wraz z temperaturą, a porównywacz może przekonwertować tę zmianę na sygnał przełącznika do sterowania grzejnikami lub chłodzeniem.

• Wykrywanie optyczne:Porównywacze mogą być używane w obwodach wykrywania optycznego. Na przykład, prąd wyjściowy fotodioda zmienia się w zależności od natężenia światła, a porównywacz może przekonwertować tę zmianę na sygnał przełącznika do automatycznego sterowania oświetleniem lub systemów bezpieczeństwa.