Что такое компаратор?

Что такое компаратор?

Компаратор — это элемент, который сравнивает два входных сигнала и выдает различные выходные сигналы в зависимости от результатов. Обычно предусмотрено два входа: вход измеряемого сигнала и опорный сигнал.

Это позволяет выполнять условные переходы в схеме, например, выполнять определенную операцию, когда на вход поступает сигнал (ток или напряжение), превышающий опорное значение.

Вход компаратора аналоговый, но выходной сигнал цифровой

Вход компаратора аналоговый, но выходной сигнал цифровой. Поэтому компараторы иногда используются в качестве интерфейса между аналоговыми и цифровыми схемами.

Применение компараторов

Компараторы могут использоваться для построения логических схем, которые выполняют сравнение входных сигналов (тока и напряжения) и опорных сигналов. Например, они могут отслеживать чрезмерные подъемы или падения напряжения и предупреждать вас, если они выходят за пределы диапазона, или управлять работой оборудования.

Также могут быть выполнены другие условные переходы if/then, например, автоматическая регулировка температуры холодильника или кондиционера или ограничение производительности мобильного телефона или ПК при низком заряде батареи.

Принцип компаратора

Компаратор имеет пять контактов, каждый из которых состоит из положительного и отрицательного контакта питания, двух входов и выходного контакта. Он имеет почти такую ​​же конфигурацию, как операционный усилитель, с той лишь разницей, выполняется ли инвертирующее усиление или нет. Первоначально операционные усилители обладают свойством выводить напряжение источника питания при наличии разницы во входном напряжении, и компараторы используют это свойство.

И наоборот, если схема построена для применения обратной связи с выходного терминала компаратора к отрицательному входному терминалу, ее можно использовать как операционный усилитель. Поскольку компараторы не имеют механизма инвертирующего усиления, они не обеспечивают фазовую компенсацию для предотвращения колебаний, как это делают операционные усилители.

Поэтому наиболее важной особенностью компараторов является то, что компараторы имеют превосходные отклики по сравнению с операционными усилителями. Более того, если используется несколько компараторов и опорное значение устанавливается пошагово, их можно использовать как АЦП. АЦП с такой структурой могут выполнять высокоскоростные преобразования.

Другая информация о компараторах

Гистерезисный компаратор

Когда компаратор имеет один порог для сравнения, неожиданный внешний шум, наложенный на аналоговый сигнал, заставляет компаратор повторять Высокий/Низкий в ответ на шум. Это вызывает неисправность вместо переключения с исходным входным значением, поэтому был изобретен компаратор, называемый гистерезисным компаратором.

Гистерезисные компараторы характеризуются наличием двух пороговых значений в зависимости от состояния выхода. Когда выход переключается, он переключается на другое пороговое значение, отличное от предыдущего порогового значения, тем самым предотвращая неожиданные сбои, вызванные шумом.

Конфигурация схемы гистерезисного компаратора использует положительную обратную связь от выходного терминала обычного компаратора к входному терминалу через резистор или тому подобное. Кстати, эта схема называется триггером Шмитта по имени изобретателя (Отто Шмитт).

Триггеры Шмитта обычно комбинируются с активными элементами, такими как стабилитроны, для предотвращения колебаний напряжения питания, что делает схему более универсальной. Порог гистерезисного компаратора может быть установлен симметрично плюс или минус относительно 0 В или асимметрично, но важным моментом здесь является то, что ширина гистерезиса не должна быть слишком большой.

Это связано с тем, что большая ширина гистерезиса улучшает устойчивость к внешнему шуму, но ухудшает чувствительность к входному значению, которое вы изначально хотите оценить. Поэтому следует проявлять осторожность, чтобы не увеличивать ширину гистерезиса сверх фактического значения шума. Для более сбалансированной конструкции следует также учитывать отношение порогового напряжения к напряжению питания компаратора.