Як працює компаратор на операційному підсилювачі (оу)
Перш ніж почнемо розбиратися з компаратором. давайте згадаємо, що таке операційний підсилювач (ОУ). Операційний підсилювач має п'ять висновків і на схемах позначається трикутником, як показано на малюнку нижче.
Давайте докладніше розглянемо призначення висновків:
- два висновки для підключення харчування, плюс і мінус напруги живлення;
- два входи, один неинвертирующий, позначений V + і один інвертується, позначений V-;
- один вихід, позначений Vвих;
Швидше за все, у того хто до цього не був знайомий з операційним підсилювачем виникне питання, що таке інвертується і неінвертуючий вхід, давайте розглянемо це на прикладі.
На малюнку вище видно, що якщо напруга на неінвертуючий вході більше ніж на інвертується, то на виході буде плюс напруга живлення.
Якщо, навпаки, напруга на вході інвертується буде більше ніж на неінвертуючий, то на виході буде мінус напруга живлення.
По суті ми розглянули як працює компаратор. Компаратор від англійського слова compare - порівняти, тобто він порівнює два напруги і в залежності від того на якому з входів воно вище, встановлює на виході плюс або мінус напруги харчування. Також, можна сказати, що компаратор - це схема включення ОУ без негативного зворотного зв'язку, що володіє великим коефіцієнтом посилення. Під негативним зворотним зв'язком розуміють, з'єднання инвертирующего входу з виходом, безпосередньо або через електронний компонент, наприклад, резистор, кондесатор або діод.
Для демонстрації, того як працює компаратор розглянемо схему, зображену нижче.
У цій схемі за допомогою подільника, резисторами 10К і 100К, встановлюється на вході, що інвертує напругу 0,45V, його ще називають опорним. Поки напруга на неінвертуючий вході менше 0,45V, на виході буде 0V і світлодіод не займеться, як тільки напруга на неінвертуючий вході перевищить це значення, на виході стане 5V і світлодіод загориться. Таким чином, обертаючи потенціометр, ми можемо запалювати і гасити світлодіод. Схема непрактична, але наочна.
В одній зі статей описується як працює піковий детектор. там як раз можна побачити ОУ включений як компаратор. Для збільшення можна клікнути по фото.
Давайте трохи спростимо схему схему.
І підключимо осцилограф до входів компаратора. Перший канал - неінвертуючий вхід, другий - інвертується.
Під час ударів в долоні виникають сплески, якщо при цьому амплітуда сплесків (жовті) перевищує опорну напругу (бірюзовий), на виході з'являється плюс напруги харчування, інакше мінус.
У цьому випадку в якості датчика у нас виступає мікрофон, також в якості датчика може виступати фотодіод, для включення світла при низькому рівні освітленості, а його ми задаємо опорною напругою.
Раніше, ми домовилися, що компаратор - це схема включення ОУ без негативного зворотного зв'язку. Але крім негативного зворотного зв'язку існує, ще позитивний зворотний зв'язок.
Схема, зображена вище, називається інвертується тригер Шмітта. по суті це той же компаратор. тільки з позитивним зворотним зв'язком. Принцип його роботи полягає в наступному, пам'ятайте на осциллограмме коли жовті лінії перетинали бірюзову, змінювалося напруга на виході. Так ось тут ліній, які можна перетнути дві, при перевищенні верхньої лінії на виході з'являється мінус напруги живлення, якщо значення опуститься нижче нижньої лінії -плюс, а в проміжку між лініями система зберігає свій стан.
Так само існує неинвертирующий тригер Шмітта. він зображений на схемі нижче.
Логічним питанням буде, чому того ж Отто Герберт Шмітт не влаштував звичайний компаратор і він винайшов свій. Відповідь проста, якщо на вхід компаратора без позитивного зворотного зв'язку подати зашумленний сигнал, це викличе безліч помилкових спрацьовувань, для того щоб уникнути цього був придуманий тригер Шмітта. у якого два порога перемикання.
Правда і у нього теж є, що допрацювати. Хотілося б позбутися двополярного харчування і так як пороги спрацьовування задаються за допомогою подільника, то вони симетричні відносно нуля, а хотілося б вибирати їх довільно.
Мабуть це все, що хотілося розповісти про компаратори на ОУ. якщо з'явилося бажання розібратися більш детально, ласкаво просимо сюди.