Projektowanie układów porównujących

Ian Bell

Kursy

Pomiary i testy

27 maja 2022

1298

Jakiś czas temu na forum EEWeb pojawiło się kilka postów odnoszących się do budowy układów porównujących. Qasim Ahtesham zapytał: „Czy ktokolwiek z was miał do czynienia z układem LM741 i używał go do porównywania napięć? Próbuję użyć go do takiego właśnie porównania dwóch napięć i zastosowania w roli termostatu. Mam jednak problem, gdyż w przypadku, gdy V+ > V–, napięcie wyjściowe wynosi między 1,3 a 1,6 V – nigdy zaś 0 V. Czy potrzebny mi w takim razie offset? Póki co, używam tylko 5 pinów. Jakakolwiek pomoc w tym temacie lub dokładny schemat do porównywania napięć będzie mile widziany”. Graham Rounce napisał zaś: „Szukam prostego sposobu do określenia, czy dane napięcie znajduje się poza zdefiniowanym zakresem. Załóżmy, że ten zakres zawiera się pomiędzy +2 V a +3 V. Chcę zbudować układ, który poda stan wysoki na wyjściu (5 V) jeśli napięcie wejściowe spełni warunek ≤ 2 V lub ≥3 V. Ponadto potrzebne mi będą dwa oddzielne wyjścia: jedno dla ≤ 2 V, drugie zaś dla ≥ 3 V. Wzmacniacz (lub wzmacniacze) operacyjne bez wątpienia mogą mi w tym pomóc, lecz niestety jestem nieco zagubiony, gdy używam ich z pojedynczym zasilaniem 5 V”.

Poruszymy więc dziś temat komparatorów. Przyjrzymy się podstawowym zasadom działania tych układów, a także przerzutnikowi Schmitta oraz histerezie – często stosowanej w układach komparatorów i również szeroko dyskutowanej na wyżej wspomnianym forum. Oba wspomniane we wstępie posty sugerują użycie wzmacniaczy operacyjnych (LM741 jest również wzmacniaczem), nie zaś dedykowanych układów komparatorów. Mimo to w dalszej dyskusji pod pytaniem Grahama został wspomniany właśnie taki dedykowany układ, jakim jest LM393. Kolejną zatem kwestią, której się przyjrzymy będą różnice pomiędzy wzmacniaczami operacyjnymi, które mogą pracować jako komparatory, a dedykowanymi do tego celu układami. Użyjemy symulacji z programu LTspice do zilustrowania pracy obu z nich. W poprzednich artykułach serii znalazło się kilka informacji na temat podstaw programu LTSpice, lecz w niniejszym odcinku będziemy symulować działanie wzmacniaczy, które nie są elementem podstawowej biblioteki. Nie będziemy jednak zagłębiać się w techniczne szczegóły symulacji, gdyż temat ten poruszymy szerzej w kolejnym artykule.