Компаратор схема и принцип работы

Компаратор схема сравнивающего устройства, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «единицу», если сигнал на прямом входе выше, чем на инверсном входе, и логический «ноль», если сигнал на прямом входе ниже, чем на инверсном входе.
Как устроены и в чем состоит принцип работы компараторов?

Давайте немного отвлечемся и представим спортивные состязания по бегу. После того как спортсмен финишировал, его результат сравнивают с рекордом для этой дистанции. Если бегун не превысил мировое достижение, то говорят, что «рекорд устоял». Но если время, оказалось меньше рекордного, то бегун установил новый мировой рекорд.

Компаратор работает также по сути. Как я уже упоменул, он имеет два входа и один выход. На один из входов поступает напряжение или ток, неизменные во временном диапазоне, т.е опорный сигнал. С ним осуществляется сравнение сигнала, уровень которого неизвестен.

Например, мы хотим сравнить напряжение от аккумуляторной батареи, которая заряжается в самодельном зарядном устройстве с опорным напряжением от блока питания. Если аккумулятор заряжается его напряжение ниже опорного, то никаких изменений на выходе ОУ не случится. Но если потенциал аккумулятора окажется выше опорного напряжение, компаратор переключится, и на его выходе появится сигнал, который можно использовать для отключения зарядного устройства от сети.

Я привел пример принципа действия только одного типа этих устройств. На самом деле их гораздо больше, например они могут сравнивать два непрерывно меняющихся сигнала. Такое устройство переключается из одного логического состояния в другое, в моментсовпадения уровней входных сигналов. Другие вырабатывают при совпадении короткий одиночный импульс или серию импульсов, работающих в момент совпадения полярностей входных сигналов.

Используются они во многих электронных устройствах и самоделках. Но наиболее главная их область конструкции, работа которых базируется на преобразовании аналоговых уровней в логические.

Вот простейший пример работы, цифровой вольтметр на светодиодах. Один из его основных частей — схема сравнения на операционном усилителе.

Напрашивается вывод, что эти устройства успешно соединили в себе свойства аналоговых и цифровых схем, а их основное назначение это преобразование сигналов.

Схему простого из них можно собрать всего на одном операционном усилителе. На инвертирующий вход через ограничительное сопротивление R1 поступает опорное напряжение. На другой через резистор R2 измерительный сигнал. Превращается обычный ОУ в прибор сравнения очень просто, путем ввода обратной связи в виде сопротивления R3.

Рассмотрим работу схемы. В исходный момент напряжение на выходе ОУ равно нулю. Если подать на измерительный вход поступает напряжение, значение которого меньше опорного, то состояние не изменится. Если напряжение на измерительном входе превысит опорное, выходное напряжение начнет увеличиваться. Через цепь ОС оно следует на измерительный вход, что, только увеличит входной ток. В результате выходное напряжение возрастет еще выше. Короче говоря, процесс приобретает лавинообразный характер и напряжение на выходе операционного усилителя скачком увеличится до максимального уровня. Таким образом, компаратор перейдет из «нулевого» состояния в «единичное».


Несколько простых схем с примерами использования:
Схема терморегулятора на микросхеме DS1821

Сигнал с датчика проходит на прямой вывод устройства сравнения на операционном усилителе CA3130. На инвертирующий вход этого же ОУ, поступает опорное напряжение с делителя. Переменным сопротивлением R4 задают требуемый температурный режим.

Управление двигателем постоянного тока

Система Импульсно Фазового Управления осуществляет синусоидальное преобразование напряжения сети в последовательность прямоугольных импульсов, следующих на регулирующие выводы силовых тиристоров. При включении схемы переменное напряжение номиналом 14 - 16 вольт проходит на мостовой выпрямитель и преобразуется в пульсирующее, служащее не только для питания конструкции, но и для синхронизации работы устройства. Диод D2 не дает сглаживать импульсы емкости С1. Затем импульсы следуют на «детектор нуля» выполненный на операционном усилителе LM324 элементе DA1.1, включенного в знакомом нам режиме.