En general, en electrònica, el comparador s’utilitza per comparar dues tensions o corrents que es donen a les dues entrades del comparador. Això vol dir que pren dos voltatges d'entrada, els compara i dóna un voltatge de sortida diferencial, ja sigui de senyal alt o baix. El comparador s’utilitza per detectar quan un senyal d’entrada arbitrària variable arriba al nivell de referència o a un nivell llindar definit. El comparador es pot dissenyar utilitzant diversos components com díodes, transistors, amplificadors operatius . Els comparadors troben en moltes aplicacions electròniques que es poden utilitzar per conduir circuits lògics.
Símbol comparador
Op-Amp com a comparador
Quan mirem detingudament el símbol del comparador, el reconeixerem com a Op-Amp (amplificador operacional) símbol, de manera que el que fa que aquest comparador difereixi de l'amplificador operatiu. L'amplificador operatiu està dissenyat per acceptar els senyals analògics i generar el senyal analògic, mentre que el comparador només donarà sortida com a senyal digital, tot i que es podria utilitzar un amplificador operatiu normal com a Comparadors (amplificadors operatius com LM324, LM358 i LM741 no es poden utilitzar directament en circuits comparadors de tensió.
Els amplificadors opcionals es poden utilitzar sovint com a comparadors de tensió si s’afegeix un díode o un transistor a la sortida de l’amplificador), però el comparador real està dissenyat per tenir un temps de commutació més ràpid en comparació amb els amplificadors opcionals. Per tant, podríem dir que el comparador és la versió modificada dels Op-Amps, especialment dissenyada per donar la sortida digital.
Comparació de circuits amplificadors de sortida i comparadors
Funcionament del circuit bàsic de comparador
El circuit de comparació funciona simplement prenent dos senyals d'entrada analògica, comparant-los i produint la sortida lògica alta '1' o baixa '0'.
Circuit comparador no inversor
En aplicar el senyal analògic al comparador + entrada anomenada “no inversor” i - entrada anomenada “inversor”, el circuit comparador compararà aquests dos senyals analògics, si l’entrada analògica de l’entrada no inversora és superior a l’entrada analògica de invertint llavors la sortida oscil·larà fins al màxim lògic i això farà que el transistor de col·lector obert Q8 al circuit equivalent LM339 anterior per activar-lo. Quan l’entrada analògica de l’inversor no és inferior a l’entrada analògica de l’inversor, la sortida del comparador es reduirà al mínim lògic.
Això farà que el transistor Q8 s’APAGI. Com hem vist a la imatge de circuit equivalent LM339 anterior, el LM339 utilitza un transistor de col·lector obert Q8 a la seva sortida, per tant hem d’utilitzar el Resistència 'pull-up' que està connectat al cable del col·lector Q8 amb el Vcc per fer funcionar aquest transistor Q8. Segons el full de dades LM339, el corrent màxim que podria fluir en aquest transistor Q8 (corrent de pujada de sortida) és d’uns 18 mA. El V- es podria calcular de la següent manera.
V- = R2.Vcc / (R1 + R2)
L’entrada no inversora del comparador està connectada al potenciòmetre de 10 K, que també forma el circuit divisor de tensió on podríem ajustar l’inici de tensió V + des de Vcc fins a 0 volts. En primer lloc, quan el V + és igual a Vcc, la sortida del comparador oscil·larà fins al màxim lògic (Vout = Vcc) perquè el V + és superior a V-.
Això apagarà el transistor Q8 i el LED s'apagarà. Quan la tensió V + cau a sota de V-volts, la sortida del comparador oscil·larà fins al mínim lògic (Vout = GND) i això activarà el transistor Q8 i el LED s’encendrà.
En canviar l’entrada analògica, el divisor de tensió R1 i R2 connectat a l’entrada no inversora (V +) i el potenciòmetre connectat a l'entrada d'inversió (V-) obtindrem el resultat de sortida contrari.
Circuit comparador d'inversió
Un cop més, utilitzant el principi del divisor de tensió, el voltatge a l’entrada no inversora (V +) és d’uns V volts, per tant, si iniciem la tensió d’entrada inversora (V-) a volts Vcc, el V + és inferior al V-, aquest farà que el transistor Q8 estigui activat la sortida del comparador oscil·larà fins al mínim lògic. Quan ajustem el V- cap avall el V +. Aleshores, el transistor Q8 OFF de la sortida del comparador oscil·larà fins al màxim lògic perquè ara el V + és més gran que V- i el LED s’apagarà.
Aplicació del comparador en circuits electrònics pràctics
El sistema de control de la humitat del sòl basat en xarxes de sensors sense fils que utilitzen Arduino
El sistema de control de la humitat del sòl basat en xarxes de sensors sense fils que utilitzen el projecte Arduino està dissenyat per desenvolupar un sistema de reg automàtic que pugui controlar l’operació de commutació (encès / apagat) del motor de la bomba en funció del contingut d’humitat del sòl.
El sistema de control de la humitat
El sensor d'humitat detecta la humitat del sòl i es dóna un senyal adequat a la placa Arduino. El comparador compararà els senyals de nivell d’humitat amb el senyal de referència predefinit. Llavors enviarà un senyal al microcontrolador. En funció del senyal rebut de la disposició de detecció i del senyal del comparador, la bomba d’aigua funcionarà. La pantalla LCD s’utilitza per mostrar l’estat del contingut d’humitat del sòl i de la bomba d’aigua.
Circuit del sensor de batecs del cor
Implementació del sistema del xip Heartrate Monitor
Sensor de batec del cor HRM-2511E té 4 amplificadors operatius. El quart Opamp s’utilitza com a comparador de tensió. El senyal analògic PPG s’alimenta a l’entrada positiva i l’entrada negativa està lligada a una tensió de referència (VR). La magnitud de la realitat virtual es pot configurar entre 0 i Vcc mitjançant el potenciòmetre P2 (que es mostra més amunt). Cada vegada que l’ona de pols PPG supera el voltatge de llindar VR, la sortida del comparador augmenta. Per tant, aquesta disposició proporciona un impuls digital de sortida que se sincronitza amb els batecs del cor. L'amplada del pols també està determinada per la tensió llindar VR.
Circuit d’alarma de fum
Circuit d’alarma de fum
El fotodíodes emet llum que és detectada pels fototransistors Q1 i Q2. La regió superior està segellada i, per tant, el punt de funcionament del transistor Q1 no canvia. Aquest punt de funcionament s'utilitza com a referència per al comparador. Quan el fum entra a la regió inferior, el punt de funcionament del fototransistor Q2 canvia, donant lloc a un canvi en la tensió Vin del valor base (sense fum) Vin (no_smoke). Com a intensitat de la llum a la base de la foto -el transistor disminueix a causa de l’entrada de fum a la regió, el corrent base disminueix i el voltatge Vin augmentarà del valor base (sense fum) Vin (no_smoke). Quan la tensió Vin creua Vref, la sortida del comparador canvia de VL a VH activant l'alarma.
Espero que llegint aquest article hagueu obtingut alguns aspectes bàsics i treballeu en el comparador. Si teniu cap pregunta sobre aquest article o sobre el projectes d'electrònica i elèctrics de darrer any Si us plau, no dubteu a comentar a la secció següent. Aquí teniu una pregunta: Coneixeu alguna aplicació de sistemes incrustats en què s’utilitzi amplificador operatiu com a circuit de comparació?
