Принцип роботи аналогового компаратора та його практичне застосування

Принцип роботи та практичне застосування аналогових компараторів

Аналоговий компаратор є фундаментальним електронним компонентом, який використовується для порівняння двох входових напруг і виводу відповідного результату. Він має широке застосування у різних електронних системах. Нижче наведено детальний опис принципу роботи та практичного застосування аналогових компараторів.

Принцип роботи

Основна структура:

• Аналоговий компаратор зазвичай складається з диференціального підсилювача з двома входовими клемами: додатною входовою клемою (невертаючий вхід, +) та від'ємною входовою клемою (вертаючий вхід, -).

• Вихідна клема зазвичай надає бінарний сигнал, який вказує на співвідношення між двома входовими напругами.

Функціонування:

• Коли напруга на додатній входовій клемі (V+ ) вища за напругу на від'ємній входовій клемі (V−), вихід компаратора високий (зазвичай питна напруга VCC).

• Коли напруга на додатній входовій клемі (V+ ) нижча за напругу на від'ємній входовій клемі (V−), вихід компаратора низький (зазвичай земля GND).

Математично це можна виразити так:

Гістерезис:

Для запобігання швидкому переключенню виходу компаратора, коли входові напруги близькі до порогу, можна ввести гістерезис. Гістерезис досягається додаванням резисторів в позитивному зворотному зв'язку, створюючи невеликий діапазон напруг для переключення виходу, що посилює стабільність системи.

Практичне застосування

• Виявлення точок переходу через нуль:Компаратори можуть використовуватися для виявлення точок переходу через нуль сигналу AC. Наприклад, у схемах управління живленням, компаратор може моніторити точки переходу через нуль AC живлення для синхронізації роботи інших схем.

• Моніторинг напруги:Компаратори можуть використовуватися для моніторингу, чи перевищує або опускається напруга живлення певного порогу. Наприклад, у системах управління батареями, компаратор може виявити, чи занадто низька напруга батареї, що викликає тривогу або вимикає систему.

• Обробка сигналів:Компаратори можуть перетворювати повільно змінювані аналогові сигнали на сигнали прямокутної форми. Наприклад, у системах зв'язку, компаратор може перетворити аналоговий сигнал на цифровий для подальшої обробки.

• Широтно-імпульсна модуляція (PWM):У схемах керування PWM, компаратори можуть порівнювати сталу референтну напругу з пилообразним сигналом, щоб генерувати сигнал PWM з регульованою довжиною імпульсу. Цей сигнал часто використовується для керування моторами, регулювання яскравості LED та у преобразовниках живлення.

• Моніторинг температури:Компаратори можуть використовуватися у схемах моніторингу температури. Наприклад, опір термістора змінюється залежно від температури, і компаратор може перетворити цю зміну на сигнал комутатора для керування нагрівачами або холодильниками.

• Оптичне виявлення:Компаратори можуть використовуватися у схемах оптичного виявлення. Наприклад, вихідний струм фотодіода змінюється залежно від інтенсивності світла, і компаратор може перетворити цю зміну на сигнал комутатора для автоматичного управління освітленням або системами безпеки.