Generalmente, nell'elettronica, il comparatore viene utilizzato per confrontare due tensioni o correnti che sono date ai due ingressi del comparatore. Ciò significa che richiede due tensioni di ingresso, quindi le confronta e fornisce una tensione di uscita differenziale con segnale di livello alto o basso. Il comparatore viene utilizzato per rilevare quando un segnale di ingresso variabile arbitrario raggiunge il livello di riferimento o un livello di soglia definito. Il comparatore può essere progettato utilizzando vari componenti come diodi, transistor, amplificatori operazionali . I comparatori si trovano in molte applicazioni elettroniche che possono essere utilizzate per pilotare circuiti logici.
Simbolo del comparatore
Op-Amp come comparatore
Quando guardiamo da vicino il simbolo di confronto, lo riconosceremo come Op-Amp (amplificatore operazionale) simbolo, quindi ciò che rende questo comparatore diverso dall'amplificatore operazionale L'amplificatore operazionale è progettato per accettare i segnali analogici e emettere il segnale analogico, mentre il comparatore darà l'uscita solo come segnale digitale sebbene un normale amplificatore operazionale possa essere utilizzato come Comparatori (gli amplificatori operazionali come LM324, LM358 e LM741 non possono essere utilizzati direttamente nei circuiti comparatori di tensione.
Gli amplificatori operazionali possono spesso essere usati come comparatori di tensione se un diodo o un transistor viene aggiunto all'uscita dell'amplificatore) ma il comparatore reale è progettato per avere un tempo di commutazione più veloce rispetto agli amplificatori operazionali multiuso. Pertanto, potremmo dire che il comparatore è la versione modificata degli amplificatori operazionali appositamente progettati per fornire l'uscita digitale.
Confronto tra amplificatore operazionale e circuiti di uscita del comparatore
Circuito comparatore di base funzionante
Il circuito comparatore funziona semplicemente prendendo due segnali di ingresso analogici, confrontandoli e quindi producendo l'uscita logica alto '1' o basso '0'.
Circuito comparatore non invertente
Applicando il segnale analogico al comparatore + ingresso chiamato 'non invertente' e - ingresso chiamato 'invertente', il circuito comparatore confronterà questi due segnali analogici, se l'ingresso analogico sull'ingresso non invertente è maggiore dell'ingresso analogico su invertendo poi l'uscita oscillerà al logico alto e questo renderà il transistor a collettore aperto Q8 sul circuito equivalente LM339 sopra per accenderlo. Quando l'ingresso analogico su ingresso non invertente è inferiore all'ingresso analogico su ingresso invertente, l'uscita del comparatore oscillerà al minimo logico.
Questo farà spegnere il transistor Q8. Come abbiamo visto dall'immagine del circuito equivalente dell'LM339 sopra, l'LM339 utilizza un transistor a collettore aperto Q8 nella sua uscita, quindi dobbiamo usare il Resistenza 'pull-up' che è collegato al cavo del collettore Q8 con il Vcc per far funzionare questo transistor Q8. Secondo il datasheet LM339, la corrente massima che potrebbe fluire su questo transistor Q8 (corrente sink di uscita) è di circa 18 mA. La V- potrebbe essere calcolata come segue.
V- = R2.Vcc / (R1 + R2)
L'ingresso non invertente del comparatore è collegato al potenziometro da 10 K, che sta anche formando il circuito del partitore di tensione dove potremmo regolare l'inizio della tensione V + da Vcc fino a 0 volt. Innanzitutto, quando V + è uguale a Vcc, l'uscita del comparatore oscillerà verso l'alto logico (Vout = Vcc) perché V + è maggiore di V-.
Questo spegnerà il transistor Q8 e il LED si spegnerà. Quando la tensione V + scende al di sotto di V- volt, l'uscita del comparatore oscillerà al minimo logico (Vout = GND) e questo accenderà il transistor Q8 e il LED si accenderà.
Scambiando l'ingresso analogico i partitori di tensione R1 e R2 collegati all'ingresso non invertente (V +) e il potenziometro collegato all'ingresso invertente (V-) otterremo il risultato di uscita opposto.
Invertire il circuito del comparatore
Ancora una volta, usando il principio del partitore di tensione, la tensione sull'ingresso non invertente (V +) è di circa V- volt, quindi se iniziamo la tensione di ingresso invertente (V-) a Vcc volt, il V + è inferiore al V-, questo renderà il transistor Q8 ON l'uscita del comparatore oscillerà al minimo logico. Quando regoliamo la V verso il basso sotto la V +. Quindi il transistor Q8 OFF l'uscita del comparatore oscillerà verso l'alto logico perché il V + ora è maggiore di V- e il LED si spegnerà.
Applicazione del comparatore in circuiti elettronici pratici
Il sistema di monitoraggio dell'umidità del suolo basato su reti di sensori wireless che utilizzano Arduino
Il sistema di monitoraggio dell'umidità del suolo basato su reti di sensori wireless che utilizzano il progetto Arduino è progettato per lo sviluppo di un sistema di irrigazione automatico in grado di controllare il funzionamento di commutazione (on / off) del motore della pompa a seconda del contenuto di umidità nel suolo.
Il sistema di monitoraggio dell'umidità
Il sensore di umidità rileva l'umidità del suolo e un segnale appropriato viene fornito alla scheda Arduino. Il comparatore confronterà i segnali del livello di umidità con il segnale di riferimento predefinito. Quindi invierà un segnale al microcontrollore. In base al segnale ricevuto dalla disposizione di rilevamento e al segnale del comparatore, verrà azionata la pompa dell'acqua. Il display LCD viene utilizzato per visualizzare lo stato del contenuto di umidità del suolo e della pompa dell'acqua.
Circuito del sensore di battito cardiaco
Implementazione del sistema del chip Heartrate Monitor
Sensore di battito cardiaco HRM-2511E ha 4 amplificatori operazionali. Il quarto Opamp viene utilizzato come comparatore di tensione. Il segnale analogico PPG viene inviato all'ingresso positivo e l'ingresso negativo è legato a una tensione di riferimento (VR). L'ampiezza della VR può essere impostata ovunque tra 0 e Vcc tramite il potenziometro P2 (mostrato sopra). Ogni volta che l'onda impulsiva PPG supera la tensione di soglia VR, l'uscita del comparatore aumenta. Pertanto, questa disposizione fornisce un impulso digitale di uscita che è sincronizzato con il battito cardiaco. L'ampiezza dell'impulso è determinata anche dalla tensione di soglia VR.
Circuito di allarme fumo
Circuito di allarme fumo
Il fotodiodi emettono luce che viene rilevata dai foto-transistor Q1 e Q2. La regione superiore è sigillata e quindi il punto di funzionamento del transistore Q1 non cambia. Questo punto operativo viene utilizzato come riferimento per il comparatore. Quando il fumo entra nella regione inferiore, il punto di funzionamento del foto-transistor Q2 cambia, determinando così una variazione della tensione Vin dal valore di base (no fumo) Vin (no_smoke) .Come l'intensità della luce alla base della foto -transistor diminuisce a causa del fumo che entra nella regione, la corrente di base diminuisce e la tensione Vin aumenterà dal valore di base (no smoke) Vin (no_smoke). Quando la tensione Vin attraversa Vref l'uscita del comparatore commuta da VL a VH facendo scattare l'allarme.
Spero che leggendo questo articolo abbiate acquisito alcune nozioni di base e lavorando sul comparatore. Se hai domande su questo articolo o sul progetti elettronici ed elettrici dell'ultimo anno , non esitate a commentare nella sezione sottostante. Ecco una domanda per te, conosci applicazioni di sistemi embedded in cui l'amplificatore operazionale viene utilizzato come circuito comparatore?
