Come utilizzare un amplificatore operazionale come circuito comparatore

In questo post impariamo in modo completo come utilizzare qualsiasi amplificatore operazionale come comparatore in un circuito per confrontare i differenziali di ingresso e produrre le uscite corrispondenti.

Cos'è un comparatore di amplificatori operazionali

Siamo stati utilizzando un amplificatore operazionale IC probabilmente da quando abbiamo iniziato a imparare l'elettronica, mi riferisco a questo meraviglioso piccolo IC 741, attraverso il quale praticamente qualsiasi progettazione di circuiti basata su comparatori diventa fattibile.

Qui stiamo discutendo uno dei semplici circuiti di applicazione di questo IC in cui si trova configurato come comparatore , non sorprende che le seguenti applicazioni possano essere modificate in molti modi diversi a seconda delle preferenze dell'utente.

Come suggerisce il nome, il comparatore opamp si riferisce alla funzione di confronto tra un particolare insieme di parametri o può essere solo un paio di grandezze come nel caso.

Poiché nell'elettronica ci occupiamo principalmente di tensioni e correnti, questi fattori diventano gli unici agenti e vengono utilizzati per azionare, regolare o controllare i vari componenti coinvolti.

Nel progetto di comparatore dell'amplificatore operazionale proposto, fondamentalmente vengono utilizzati due diversi livelli di tensione sui pin di ingresso per confrontarli, come mostrato nel diagramma seguente.

RICORDA CHE LA TENSIONE SUI PIN DI INGRESSO NON DEVE SUPERARE IL LIVELLO DI ALIMENTAZIONE CC DELL'AMP OP, NELLA FIGURA SOPRA NON DEVE SUPERARE +12 V

I due pin di ingresso di un amplificatore operazionale sono chiamati invertenti (con un segno meno) e il pin non invertente (con un segno più) diventano gli ingressi di rilevamento dell'amplificatore operazionale.

Quando viene utilizzato come comparatore, uno dei due pin viene applicato con una tensione di riferimento fissa mentre l'altro pin viene alimentato con la tensione il cui livello deve essere monitorato, come mostrato di seguito.

Il monitoraggio della suddetta tensione viene effettuato con riferimento alla tensione fissa che è stata applicata all'altro pin complementare.

Pertanto se la tensione che deve essere monitorata supera o scende al di sotto della tensione di soglia di riferimento fissa, l'uscita torna allo stato o cambia la sua condizione originale o cambia la sua polarità della tensione di uscita.

Demo video

Come funziona un comparatore Opamp

Analizziamo la spiegazione di cui sopra studiando il seguente circuito di esempio di un interruttore del sensore di luce.

Guardando lo schema elettrico troviamo il circuito configurato nel modo seguente:

Possiamo vedere che il Pin # 7 dell'opamp che è il pin di alimentazione + è collegato al rail positivo, allo stesso modo il suo pin # 4 che è il pin di alimentazione negativo è collegato al rail di alimentazione negativo o piuttosto zero dell'alimentatore .

La coppia di collegamenti di cui sopra alimenta l'IC in modo che possa continuare con le funzioni previste.

Ora, come discusso in precedenza, il pin n. 2 dell'IC è collegato alla giunzione di due resistori le cui estremità sono collegate ai binari positivo e negativo di alimentazione.

Questa disposizione dei resistori è chiamata divisore di potenziale, il che significa che il potenziale o il livello di tensione alla giunzione di questi resistori sarà circa la metà della tensione di alimentazione, quindi se la tensione di alimentazione è 12, la giunzione della rete di divisori di potenziale sarà essere 6 volt e così via.

Se la tensione di alimentazione è ben regolata, anche il livello di tensione di cui sopra sarà ben fissato e quindi potrà essere utilizzato come tensione di riferimento per il pin # 2.

Pertanto, facendo riferimento alla tensione di giunzione dei resistori R1 / R2, questa tensione diventa la tensione di riferimento al pin # 2, il che significa che l'IC monitorerà e risponderà a qualsiasi tensione che potrebbe superare questo livello.

La tensione di rilevamento che deve essere monitorata viene applicata al pin # 3 dell'IC, nel nostro esempio è tramite un LDR. Il pin # 3 è collegato alla giunzione del pin LDR e un terminale preimpostato.

Ciò significa che questa giunzione diventa di nuovo un potenziale divisore, il cui livello di tensione questa volta non è fisso perché il valore LDR non può essere fissato e varierà con le condizioni di luce ambientale.

Supponiamo ora di volere che il circuito rilevi il valore LDR ad un certo punto proprio intorno al tramonto, di regolare il preset in modo tale che la tensione sul pin n. 3 o alla giunzione dell'LDR e il preset attraversino appena il segno 6V.

Quando ciò accade, il valore sale al di sopra del riferimento fisso al pin # 2, questo informa l'IC della tensione di rilevamento che sale al di sopra della tensione di riferimento al pin # 2, questo inverte istantaneamente l'uscita dell'IC che cambia in positivo dalla sua tensione zero iniziale posizione.

La suddetta variazione di stato dell'IC da zero a positivo, innesca lo stadio di pilotaggio del relè che accende il carico o le luci che potrebbero essere collegate ai relativi contatti del relè.

Ricorda, i valori dei resistori collegati al pin # 2 possono anche essere alterati per alterare la soglia di sensing del pin # 3, quindi sono tutti interdipendenti, dandoti un ampio angolo di variazione dei parametri del circuito.

Un'altra caratteristica di R1 e R2 è che evita la necessità di utilizzare un alimentatore a doppia polarità rendendo la configurazione in questione molto semplice e pulita.

Scambio del parametro di rilevamento con il parametro di regolazione

Come mostrato di seguito, la risposta dell'operazione sopra spiegata può essere semplicemente invertita scambiando le posizioni dei pin di ingresso dell'IC o, considerando un'altra opzione in cui cambiamo solo le posizioni dell'LDR e del preset.

Ecco come si comporta qualsiasi opamp di base quando è configurato come comparatore.

Per riassumere possiamo dire che in qualsiasi confronto basato su opamp, avvengono le seguenti operazioni:

Esempio pratico n. 1

1) Quando al pin di inversione (-) viene applicato un riferimento di tensione fisso e il pin di ingresso non invertente (+) è soggetto a una variazione di tensione di rilevamento, l'uscita dell'amplificatore operazionale rimane 0V o negativa finché il (+) la tensione del pin rimane al di sotto del livello di tensione del pin di riferimento (-).

In alternativa, non appena la tensione del pin (+) supera la tensione (-), l'uscita passa rapidamente al livello CC di alimentazione positivo.

Esempio n. 2

1) Al contrario, quando al pin non invertente (+) viene applicato un riferimento di tensione fisso e il pin di ingresso invertente (-) è soggetto a una tensione di rilevamento alterante, l'uscita dell'amplificatore operazionale rimane a livello CC di alimentazione o la tensione del pin (-) rimane al di sotto del livello di tensione del pin di riferimento (+).

In alternativa, non appena la volatge del pin (-) supera la tensione (+), l'uscita diventa rapidamente negativa o si spegne a 0V.