การทำงานของวงจรเปรียบเทียบและการใช้งาน

โดยทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวเปรียบเทียบใช้เพื่อเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าสองตัว หรือกระแสที่กำหนดที่อินพุตสองตัวของตัวเปรียบเทียบ นั่นหมายความว่าต้องใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตสองตัวจากนั้นเปรียบเทียบและให้แรงดันเอาต์พุตที่แตกต่างกันไม่ว่าจะเป็นสัญญาณระดับสูงหรือต่ำ ตัวเปรียบเทียบใช้เพื่อตรวจจับเมื่อสัญญาณอินพุตที่แตกต่างกันโดยพลการถึงระดับอ้างอิงหรือระดับเกณฑ์ที่กำหนด ตัวเปรียบเทียบสามารถออกแบบได้โดยใช้ ส่วนประกอบต่างๆเช่นไดโอดทรานซิสเตอร์ออปแอมป์ . ตัวเปรียบเทียบพบในแอปพลิเคชันอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่อาจใช้ในการขับเคลื่อนวงจรลอจิก

สัญลักษณ์เปรียบเทียบ

Op-Amp เป็นเครื่องเปรียบเทียบ

เมื่อเราดูสัญลักษณ์เปรียบเทียบอย่างใกล้ชิดเราจะจำได้ว่าเป็นสัญลักษณ์ Op-Amp (เครื่องขยายเสียงในการทำงาน) ดังนั้นสิ่งที่ทำให้ตัวเปรียบเทียบนี้แตกต่างจาก op-amp Op-Amp ได้รับการออกแบบมาเพื่อรับสัญญาณแอนะล็อกและส่งสัญญาณอนาล็อกออกในขณะที่ตัวเปรียบเทียบจะให้เอาต์พุตเป็นสัญญาณดิจิทัลเท่านั้นแม้ว่า Op-Amp ธรรมดาสามารถใช้เป็น เครื่องเปรียบเทียบ (เครื่องขยายสัญญาณเชิงปฏิบัติการเช่น LM324, LM358 และ LM741 ไม่สามารถใช้โดยตรงในวงจรเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า

มักใช้ Op-Amps เป็นตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าหากมีการเพิ่มไดโอดหรือทรานซิสเตอร์ลงในเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง) แต่ตัวเปรียบเทียบจริงได้รับการออกแบบให้มีเวลาในการเปลี่ยนที่เร็วกว่าเมื่อเทียบกับ Op-Amps อเนกประสงค์ ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าตัวเปรียบเทียบคือ Op-Amps เวอร์ชันดัดแปลงซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้เอาต์พุตดิจิตอล

การเปรียบเทียบ Op-amp และ Comparator Output Circuitry

วงจรเปรียบเทียบพื้นฐานทำงาน

วงจรเปรียบเทียบจะทำงานโดยเพียงแค่นำสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกสองตัวมาเปรียบเทียบกันแล้วสร้างเอาต์พุตแบบลอจิคัลสูง“ 1” หรือต่ำ“ 0”

วงจรเปรียบเทียบที่ไม่เปลี่ยนแปลง

ด้วยการนำสัญญาณอนาล็อกไปใช้กับอินพุตตัวเปรียบเทียบ + ที่เรียกว่า“ ไม่กลับด้าน” และ - อินพุตที่เรียกว่า“ กลับด้าน” วงจรเปรียบเทียบจะเปรียบเทียบสัญญาณแอนะล็อกสองตัวนี้ถ้าอินพุตอะนาล็อกบนอินพุตที่ไม่กลับด้านมีค่ามากกว่าอินพุตอนาล็อกบน การกลับด้านจากนั้นเอาต์พุตจะแกว่งไปที่ค่าตรรกะสูงและจะทำให้ ทรานซิสเตอร์แบบเปิด Q8 บนวงจรเทียบเท่า LM339 ด้านบนเพื่อเปิด เมื่ออินพุตอะนาล็อกในการไม่กลับด้านมีค่าน้อยกว่าอินพุตแบบอะนาล็อกบนอินพุทอินพุทเอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบจะแกว่งไปที่ค่าต่ำเชิงตรรกะ

สิ่งนี้จะทำให้ทรานซิสเตอร์ Q8 ปิด ดังที่เราได้เห็นจากภาพวงจรเทียบเท่า LM339 ด้านบน LM339 ใช้ทรานซิสเตอร์แบบเปิด Q8 ในเอาต์พุตดังนั้นเราจึงต้องใช้ ตัวต้านทานแบบ 'ดึงขึ้น' ซึ่งเชื่อมต่อกับตะกั่วตัวสะสม Q8 กับ Vcc เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ Q8 นี้ทำงานได้ ตามแผ่นข้อมูล LM339 กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่สามารถไหลได้บนทรานซิสเตอร์ Q8 นี้ (กระแสไฟขาออก) คือประมาณ 18 mA V- สามารถคำนวณได้ดังนี้

V- = R2.Vcc / (R1 + R2)

อินพุทที่ไม่กลับด้านตัวเปรียบเทียบจะเชื่อมต่อกับโพเทนชิออมิเตอร์ 10 K ซึ่งกำลังสร้างวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เราสามารถปรับแรงดันไฟฟ้า V + เริ่มต้นจาก Vcc ลงเป็น 0 โวลต์ ขั้นแรกเมื่อ V + เท่ากับ Vcc เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบจะแกว่งไปที่ค่าตรรกะสูง (Vout = Vcc) เนื่องจาก V + มากกว่า V-

ซึ่งจะเป็นการปิดทรานซิสเตอร์ Q8 และ LED จะปิด เมื่อแรงดันไฟฟ้า V + ลดลง V- โวลต์เอาท์พุตของตัวเปรียบเทียบจะแกว่งไปที่ลอจิกต่ำ (Vout = GND) และจะเปิดทรานซิสเตอร์ Q8 และไฟ LED จะเปิดขึ้น

โดยการสลับอินพุตอะนาล็อกตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า R1 และ R2 ที่เชื่อมต่อกับอินพุตแบบไม่กลับด้าน (V +) และ โพเทนชิออมิเตอร์ เชื่อมต่อกับอินพุทกลับด้าน (V-) เราจะได้ผลลัพธ์ที่ตรงกันข้าม

Inverting Comparator Circuit

อีกครั้งโดยใช้หลักการแบ่งแรงดันไฟฟ้าของอินพุตที่ไม่กลับด้าน (V +) จะอยู่ที่ประมาณ V- โวลต์ดังนั้นหากเราเริ่มต้นแรงดันไฟฟ้าอินพุตกลับด้าน (V-) ที่โวลต์ Vcc V + จะต่ำกว่า V- นี่ จะทำให้ทรานซิสเตอร์ Q8 บนเอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบจะแกว่งไปที่ค่าตรรกะต่ำ เมื่อเราปรับ V- ลงร้อง V + จากนั้นทรานซิสเตอร์ Q8 OFF เอาต์พุตตัวเปรียบเทียบจะแกว่งไปที่ระดับสูงเนื่องจาก V + ตอนนี้มากกว่า V- และ LED จะดับลง

การประยุกต์ใช้ตัวเปรียบเทียบในวงจรอิเล็กทรอนิกส์เชิงปฏิบัติ

ระบบตรวจสอบความชื้นของดินบนเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายโดยใช้ Arduino

ระบบตรวจสอบความชื้น ของดินที่ใช้เครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายโดยใช้โครงการ Arduino ได้รับการออกแบบมาสำหรับการพัฒนาระบบชลประทานอัตโนมัติที่สามารถควบคุมการทำงานของสวิตช์ (เปิด / ปิด) มอเตอร์ปั๊มขึ้นอยู่กับปริมาณความชื้นในดิน

ระบบตรวจสอบความชื้น

เซ็นเซอร์ความชื้นจะตรวจจับความชื้นของดินและส่งสัญญาณที่เหมาะสมไปยังบอร์ด Arduino เครื่องเปรียบเทียบจะเปรียบเทียบสัญญาณระดับความชื้นกับสัญญาณอ้างอิงที่กำหนดไว้ล่วงหน้า จากนั้นมันจะส่งสัญญาณไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ จากสัญญาณที่ได้รับจากการจัดเรียงตรวจจับและสัญญาณเปรียบเทียบปั๊มน้ำจะทำงาน จอ LCD ใช้สำหรับแสดงสถานะปริมาณความชื้นในดินและปั๊มน้ำ

วงจรเซนเซอร์การเต้นของหัวใจ

การใช้งานระบบของชิป Heartrate Monitor

HRM-2511E เซ็นเซอร์การเต้นของหัวใจ มี 4 op-amps Opamp ตัวที่สี่ใช้เป็นตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า สัญญาณ PPG แบบอะนาล็อกถูกป้อนเข้ากับอินพุตบวกและอินพุตเชิงลบจะเชื่อมโยงกับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง (VR) ขนาดของ VR สามารถตั้งค่าที่ใดก็ได้ระหว่าง 0 ถึง Vcc ผ่านโพเทนชิออมิเตอร์ P2 (แสดงด้านบน) ทุกครั้งที่คลื่นพัลส์ PPG เกินขีด จำกัด แรงดัน VR เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบจะสูง ดังนั้นการจัดเรียงนี้จะให้พัลส์ดิจิตอลเอาท์พุตซึ่งซิงโครไนซ์กับการเต้นของหัวใจ ความกว้างของพัลส์ยังถูกกำหนดโดย VR แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์

วงจรเตือนควัน

วงจรเตือนควัน

โฟโตไดโอด เปล่งแสงซึ่งตรวจพบโดยโฟโต้ทรานซิสเตอร์ Q1 และ Q2 พื้นที่ด้านบนถูกปิดผนึกดังนั้นจุดปฏิบัติการของทรานซิสเตอร์ Q1 จึงไม่เปลี่ยนแปลง จุดปฏิบัติการนี้ใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับตัวเปรียบเทียบ เมื่อควันเข้าสู่บริเวณด้านล่างจุดปฏิบัติการของโฟโต้ทรานซิสเตอร์ Q2 จะเปลี่ยนไปจึงส่งผลให้แรงดันไฟฟ้า Vin เปลี่ยนไปจากค่าฐาน (ไม่มีควัน) Vin (no_smoke) เป็นความเข้มของแสงที่ฐานของภาพถ่าย - ทรานซิสเตอร์ลดลงเนื่องจากควันเข้าสู่พื้นที่กระแสฐานลดลงและแรงดันไฟฟ้า Vin จะเพิ่มขึ้นจากค่าฐาน (ไม่มีควัน) Vin (no_smoke) เมื่อแรงดัน Vin ข้าม Vref เอาท์พุทของตัวเปรียบเทียบจะเปลี่ยนจาก VL เป็น VH เรียกสัญญาณเตือน

ฉันหวังว่าเมื่ออ่านบทความนี้คุณจะได้รับข้อมูลพื้นฐานและการทำงานเกี่ยวกับตัวเปรียบเทียบ หากคุณมีข้อสงสัยเกี่ยวกับบทความนี้หรือเกี่ยวกับ โครงการอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าปีสุดท้าย โปรดอย่าลังเลที่จะแสดงความคิดเห็นในส่วนด้านล่าง นี่คือคำถามสำหรับคุณคุณรู้จักแอปพลิเคชันระบบฝังตัวที่ใช้ op-amp เป็นวงจรเปรียบเทียบหรือไม่?