コンパレータ回路の動作とアプリケーション

コンパレータ回路の動作とアプリケーション

一般的に、エレクトロニクスでは、 コンパレータは2つの電圧を比較するために使用されます またはコンパレータの2つの入力で与えられる電流。つまり、2つの入力電圧を取り、それらを比較して、高レベル信号または低レベル信号のいずれかの差動出力電圧を提供します。コンパレータは、任意の変化する入力信号が基準レベルまたは定義されたしきい値レベルに到達したことを検知するために使用されます。コンパレータは以下を使用して設計できます ダイオード、トランジスタ、オペアンプなどのさまざまなコンポーネント 。コンパレータは、論理回路を駆動するために使用できる多くの電子アプリケーションに見られます。



コンパレータシンボル

コンパレータシンボル

コンパレータとしてのオペアンプ

コンパレータシンボルをよく見ると、 Op-Amp(オペアンプ) したがって、このコンパレータがオペアンプと異なる点Op-Ampは、アナログ信号を受け入れてアナログ信号を出力するように設計されていますが、コンパレータは、通常のオペアンプとして使用できますが、デジタル信号としてのみ出力を提供します。コンパレータ(LM324、LM358、LM741などのオペアンプは電圧コンパレータ回路で直接使用することはできません。






オペアンプの出力にダイオードまたはトランジスタが追加されている場合、オペアンプは電圧コンパレータとして使用されることがよくあります)が、実際のコンパレータは、多目的オペアンプと比較してスイッチング時間が高速になるように設計されています。したがって、コンパレータは、デジタル出力を提供するために特別に設計されたオペアンプの修正バージョンであると言えます。

オペアンプとコンパレータの出力回路の比較

オペアンプとコンパレータの出力回路の比較



基本的なコンパレータ回路の動作

コンパレータ回路は、2つのアナログ入力信号を取得して比較し、論理出力をハイ「1」またはロー「0」にするだけで機能します。

非反転コンパレータ回路

非反転コンパレータ回路

「非反転」と呼ばれるコンパレータ+入力と「反転」と呼ばれる入力にアナログ信号を適用することにより、非反転入力のアナログ入力が上のアナログ入力よりも大きい場合、コンパレータ回路はこの2つのアナログ信号を比較します。反転すると、出力は論理ハイにスイングし、これにより、 オープンコレクタトランジスタ 上記のLM339等価回路のQ8をオンにします。非反転のアナログ入力が反転入力のアナログ入力よりも小さい場合、コンパレータ出力は論理ローにスイングします。

これにより、Q8トランジスタがオフになります。上のLM339の等価回路図からわかるように、LM339は出力にオープンコレクタトランジスタQ8を使用しているため、 「プルアップ」抵抗 これは、このQ8トランジスタを機能させるためにVccでQ8コレクタリードに接続されています。 LM339データシートによると、このQ8トランジスタに流れる可能性のある最大電流(出力シンク電流)は約18mAです。 V-は次のように計算できます。


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

コンパレータの非反転入力は10Kポテンショメータに接続されており、Vccから0ボルトまでV +電圧を調整できる分圧回路も形成しています。まず、V +がVccに等しい場合、V +がV-より大きいため、コンパレータ出力は論理High(Vout = Vcc)にスイングします。

これにより、Q8トランジスタがオフになり、 LED オフになります。電圧V +がV-ボルトを下回ると、コンパレータ出力が論理ロー(Vout = GND)にスイングし、これによりQ8トランジスタがオンになり、LEDがオンになります。

アナログ入力を交換することにより、非反転入力(V +)に接続されたR1およびR2分圧器と ポテンショメータ 反転入力(V-)に接続すると、逆の出力結果が得られます。

反転コンパレータ回路

反転コンパレータ回路

ここでも、分圧器の原理を使用すると、非反転入力(V +)の電圧は約V-ボルトです。したがって、Vccボルトで反転入力電圧(V-)を開始すると、V +はV-よりも低くなります。 Q8トランジスタをオンにし、コンパレータ出力を論理ローにスイングします。 V-をV +の下に調整すると。次に、Q8トランジスタがオフになると、V +がV-より大きくなり、LEDがオフになるため、コンパレータ出力が論理ハイにスイングします。

実用的な電子回路におけるコンパレータの応用

Arduinoを使用した無線センサーネットワークに基づく土壌の湿度監視システム

ザ・ 湿度監視システム Arduinoプロジェクトを使用したワイヤレスセンサーネットワークに基づく土壌の分析は、土壌の含水量に応じてポンプモーターの切り替え操作(オン/オフ)を制御できる自動灌漑システムを開発するために設計されています。

湿度監視システム

湿度監視システム

水分センサーが土壌の水分を感知し、適切な信号がArduinoボードに送信されます。コンパレータは、水分レベル信号を事前定義された基準信号と比較します。次に、マイクロコントローラーに信号を送信します。センシング装置から受信した信号とコンパレータ信号に基づいて、ウォーターポンプが作動します。 LCDディスプレイは、土壌水分量とウォーターポンプの状態を表示するために使用されます。

心拍センサー回路

心拍数モニターチップのシステム実装

心拍数モニターチップのシステム実装

HRM-2511E心拍センサー 4つのオペアンプがあります。 4番目のオペアンプは電圧コンパレータとして使用されます。アナログPPG信号は正の入力に供給され、負の入力は基準電圧(VR)に接続されます。 VRの大きさは、ポテンショメータP2(上に表示)を介して0〜Vccの範囲で設定できます。 PPGパルス波がスレッショルド電圧VRを超えるたびに、コンパレータの出力がハイになります。したがって、この配置は、心拍に同期される出力デジタルパルスを提供する。パルスの幅は、しきい値電圧VRによっても決定されます。

煙警報回路

煙警報回路

煙警報回路

ザ・ フォトダイオード フォトトランジスタQ1とQ2によって検出された光を放出します。上部領域はシールされているため、トランジスタQ1の動作点は変化しません。この動作点は、コンパレータの基準として使用されます。煙が下部領域に入ると、フォトトランジスタQ2の動作点が変化し、その結果、ベース(煙なし)値Vin(no_smoke)からの電圧Vinが変化します。写真のベースでの光の強度として-領域に煙が入るとトランジスタが減少し、ベース電流が減少し、電圧Vinがベース(煙なし)値Vin(no_smoke)から増加します。電圧VinがVrefを超えると、コンパレータの出力がVLからVHに切り替わり、アラームがトリガーされます。

この記事を読んで、いくつかの基本を学び、コンパレーターに取り組んでいることを願っています。この記事またはについて質問がある場合 最終年度の電子および電気プロジェクト 、以下のセクションにコメントしてください。ここにあなたへの質問があります、あなたはオペアンプがコンパレータ回路として使われている組み込みシステムアプリケーションを知っていますか?