Amplificatore operazionale come circuito comparatore e funzionamento funzionante

In generale, i comparatori sono classificati in vari tipi come comparatori elettrici, comparatori elettronici, comparatori meccanici, comparatori ottici, comparatori sigma, comparatori pneumatici, comparatori digitali e così via. Questi circuiti comparatori sono tipicamente utilizzati nella progettazione di componenti elettrici e progetti di elettronica . In questo articolo, discutiamo come utilizzare un amplificatore operazionale come circuito comparatore e il funzionamento dell'amplificatore operazionale come circuito comparatore. Ma soprattutto dobbiamo sapere cos'è un amplificatore operazionale e un circuito comparatore.

Amplificatore operazionale

Amplificatore operazionale

In figura è mostrato l'amplificatore di tensione elettronico accoppiato in CC ad alto guadagno, costituito da due terminali di ingresso. L'ingresso differenziale viene inviato ai due terminali di ingresso (terminale di ingresso invertente e terminale di ingresso non invertente) dell'amplificatore operazionale e produce un singolo potenziale di uscita al terminale Vout. Pertanto, la differenza di potenziale alimentata ai suoi due terminali di ingresso viene amplificata per produrre un'uscita amplificata. Questa uscita amplificata è uguale a centinaia di migliaia di volte di differenza tra i segnali di ingresso.

L'uscita dell'amplificatore può essere data come

Vout = AOL (V + - V-)

Dove,

• AOL è un guadagno ad anello aperto dell'amplificatore
• V + è l'ingresso non invertente dell'amplificatore
• V- è l'ingresso invertente dell'amplificatore

Anche se ce ne sono vari tipi di amplificatori operazionali , 741 amplificatori operazionali sono spesso usati come circuito comparatore in diversi circuiti elettronici.

Circuito comparatore

Il dispositivo costituito da due terminali di ingresso, in cui il segnale di ingresso di riferimento viene inviato a un terminale e il valore effettivo del segnale viene inviato a un altro terminale. Quindi, un segnale di uscita viene generato al terminale di uscita in base alla differenza tra i due segnali di ingresso alimentati ai due terminali di ingresso. Questo segnale di uscita generato è 0 (basso) o 1 (alto).

Nella terminologia elettrica ed elettronica, il dispositivo utilizzato per confrontare due segnali di tensione o segnali di corrente che vengono alimentati ai due terminali di ingresso analogico, producendo così un segnale di uscita digitale binario per indicare il segnale di ingresso più grande è chiamato come un circuito comparatore .

Circuito comparatore

I due terminali di ingresso analogico sono rappresentati come V + (Vin) e V- (Vref) nel circuito comparatore sopra. L'uscita digitale viene generata sul terminale di uscita V0 (Vout). Il segnale di uscita del circuito comparatore è dato da

Se V +> V- (Vin è maggiore di Vref), allora V0 = 1 e
Se V +

In generale, i comparatori vengono utilizzati nei dispositivi come oscillatori di rilassamento, convertitori da analogico a digitale (ADC) e anche nei dispositivi utilizzati per misurare i segnali analogici. I comparatori sono costituiti da amplificatori differenziali ad alto guadagno e possiamo usare un amplificatore operazionale come circuito comparatore.

Amplificatore operazionale come comparatore

Gli amplificatori operazionali 741 sono amplificatori operazionali di base che possono essere utilizzati come circuito comparatore in molti circuiti elettronici. Ad esempio, se consideriamo un file interruttore a temperatura controllata quindi l'operazione di commutazione viene eseguita in base alla temperatura. Se il valore della temperatura effettiva supera il valore della temperatura di riferimento preimpostato, viene prodotta una tensione di uscita (bassa o alta) dal sensore di temperatura di conseguenza.

Se consideriamo la disposizione di base del comparatore, ci saranno variazioni di tensione ad alta frequenza dovute al rumore. Questo problema deve essere considerato nel caso di amplificatori operazionali che sono particolarmente progettati come circuiti comparatori. Questo rumore viene prodotto ogni volta che il segnale della tensione di ingresso e il segnale della tensione di riferimento sono vicini l'uno all'altro.

Amplificatore operazionale come circuito comparatore

Le variazioni di tensione ad alta frequenza sono dovute alla natura casuale del rumore, per questo, in rapide successioni, la tensione del segnale di ingresso diventa maggiore o minore della tensione di riferimento. Pertanto, il segnale di uscita oscillerà tra il livello di tensione massimo e il livello di tensione minimo. Questo problema può essere ridotto applicando isteresi . Possiamo regolare il gap di isteresi nella disposizione del circuito trigger di Schmitt applicando l'isteresi a un circuito comparatore operazionale utilizzando un feedback positivo. La figura mostra l'amplificatore operazionale come circuito comparatore con isteresi.

Amplificatore operazionale come operazione di funzionamento del circuito del comparatore

In generale, l'uscita di un amplificatore operazionale fluttua da positivo e da negativo a una tensione estrema che è approssimativamente uguale ai potenziali di alimentazione. Se una 741 su amp è collegato a +/- 18 V, quindi la tensione di uscita massima viene fornita come +/- 15 V. Ciò è dovuto al guadagno ad anello aperto estremamente elevato dell'amplificatore operazionale (da 10.000 a 1 milione). Pertanto, se un ingresso crea una differenza di tensione di +/- 150 microvolt, verrà amplificata approssimativamente di un milione di volte e l'uscita verrà portata in saturazione. Pertanto, l'uscita rimane al suo valore massimo o minimo.

Operazione di funzionamento del diagramma del circuito del comparatore come amplificatore operazionale

Durante l'utilizzo dell'amplificatore operazionale come comparatore nella strumentazione, il circuito aperto può essere utilizzato per confrontare le due tensioni. Pertanto, a seconda della differenza tra il valore della tensione di ingresso e il valore della tensione di riferimento, l'uscita Vout sarà uguale al valore massimo alto o minimo basso (il valore della tensione di ingresso sarà maggiore o minore del valore della tensione di riferimento pochi per micro volt).

La tensione di riferimento viene inviata al terminale di ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale e la tensione variabile viene alimentata al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore operazionale. Considera lo schema del circuito del comparatore operazionale mostrato in figura, se la tensione alimentata al pin 2 è maggiore della tensione di riferimento alimentata al pin 3, la tensione di uscita diventa bassa ed è leggermente maggiore di –Vs. Se la tensione alimentata al pin 2 è inferiore alla tensione di riferimento alimentata al pin 3, la tensione di uscita diventa alta ed è marginalmente inferiore a + Vs.

Ci sono molti amplificatori operazionali dedicati al funzionamento dei comparatori, questi circuiti comparatori di amplificatori operazionali vengono utilizzati per confronti ad alta velocità. Lo stato di uscita di questi circuiti comparatori operazionali cambia in meno di 1 microsecondo. Ma questi circuiti comparatori di amplificatori operazionali ad alta velocità consumano più energia, a seconda della velocità di confronto. In base alla velocità dei confronti e alla quantità di consumo energetico, questi comparatori sono classificati in diversi tipi. Lo specifico comparatore operazionale può essere utilizzato per una particolare applicazione a seconda della velocità richiesta e / o consumo di energia .

Applicazione dell'amplificatore operazionale come comparatore in circuiti elettronici pratici

Il sistema di monitoraggio della temperatura umidità del suolo basato su reti di sensori wireless utilizzando Progetto Arduino è progettato per lo sviluppo di un sistema di irrigazione automatico che controlla il funzionamento (accensione e spegnimento) del motore della pompa rilevando il contenuto di umidità del suolo.

Il sistema di monitoraggio della temperatura e dell'umidità del suolo basato su reti di sensori wireless che utilizzano Arduino di Edgefxkits.com

La disposizione di rilevamento rileva l'umidità del suolo e il segnale appropriato viene fornito alla scheda Arduino. Ciò si ottiene utilizzando un amplificatore operazionale come circuito comparatore che funge da interfaccia tra la disposizione di rilevamento e il microcontrollore. In base al segnale ricevuto dalla disposizione di rilevamento, viene 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.

Inoltre, può essere fornita assistenza tecnica in base alle vostre domande pubblicate nella sezione commenti qui sotto. Puoi scaricare il nostro eBook gratuito su progetti di elettronica di design per conto proprio.

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