Or you want a quick look: Bộ so sánh điện áp dương và âm
Mạch so sánh điện áp Op amp : Bộ so sánh là một mạch đưa ra quyết định điện tử sử dụng bộ khuếch đại thuật toán có độ lợi rất cao ở trạng thái vòng hở, tức là không có điện trở phản hồi.
Tải Full Tài liệu
Mạch so sánh điện áp Op am so sánh một mức điện áp tương tự với mức điện áp tương tự khác hoặc một số điện áp tham chiếu đặt trước, V REF và tạo ra tín hiệu đầu ra dựa trên sự so sánh điện áp này. Nói cách khác, bộ so sánh điện áp op-amp so sánh độ lớn của hai đầu vào điện áp và xác định mức lớn nhất trong hai đầu vào.
Chúng ta đã thấy trong các bài hướng dẫn trước rằng bộ khuếch đại thuật toán sử dụng với phản hồi âm để điều khiển cường độ tín hiệu đầu ra trong vùng tuyến tính thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Chúng ta cũng đã thấy rằng bộ khuếch đại thuật toán tiêu chuẩn được đặc trưng bởi độ lợi A O và điện áp đầu ra của nó được cho bởi biểu thức: V OUT = A O (V + V-) trong đó V + và V- tương ứng với điện áp tại các đầu không đảo và đảo tương ứng.
Mặt khác, các bộ so sánh điện áp , hoặc sử dụng phản hồi dương hoặc không có phản hồi nào (chế độ vòng hở) để chuyển đầu ra của nó giữa hai trạng thái bão hòa, bởi vì ở chế độ vòng hở, độ lợi điện áp của bộ khuếch đại về cơ bản bằng A VO . Sau đó, do độ lợi vòng lặp mở cao này, đầu ra từ bộ so sánh chuyển hoàn toàn sang đường cung cấp điện áp dương, + Vcc hoặc hoàn toàn sang đường cung cấp âm , -Vcc khi áp dụng tín hiệu đầu vào khác nhau vượt qua một số giá trị ngưỡng đặt trước.
Bộ so sánh op-amp là một mạch tương tự hoạt động trong vùng phi tuyến tính khi những thay đổi trong hai đầu vào tương tự, V + và V- khiến nó hoạt động giống như một thiết bị lượng ổn kỹ thuật số vì việc kích hoạt khiến nó có hai đầu ra trạng thái, + Vcc hoặc -Vcc . Sau đó, chúng ta có thể nói rằng bộ so sánh điện áp về cơ bản là một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số 1 bit, vì tín hiệu đầu vào là tín hiệu tương tự nhưng đầu ra hoạt động kỹ thuật số.
Hãy xem xét mạch so sánh điện áp op-amp cơ bản bên dưới.
Mạch so sánh Op-amp
Trước tiên hãy giả sử rằng V IN nhỏ hơn mức điện áp V REF , ( V IN <V REF ). Vì đầu vào không đảo (dương) của bộ so sánh nhỏ hơn đầu vào đảo (âm), đầu ra sẽ ỏ mức THẤP và ở điện áp cung cấp âm -Vcc dẫn đến đầu ra bão hòa âm.
Nếu bây giờ chúng ta tăng điện áp đầu vào, V IN để giá trị của nó lớn hơn điện áp tham chiếu V REF trên đầu vào đảo , thì điện áp đầu ra nhanh chóng chuyển sag mức CAO về phía điện áp cung cấp dương + Vcc dẫn đến đầu ra bão hòa dương. Nếu chúng ta giảm một lần nữa điện áp đầu vào V IN , để nó nhỏ hơn một chút so với điện áp tham chiếu, đầu ra của op-amp sẽ chuyển trở lại điện áp bão hòa âm của nó hoạt động như một bộ dò ngưỡng.
Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng bộ so sánh điện áp op-amp là một thiết bị có đầu ra phụ thuộc vào giá trị của điện áp đầu vào, V IN đối với một số mức điện áp DC vì đầu ra là CAO khi điện áp trên đầu vào không đảo là lớn hơn điện áp trên đầu vào đảo và THẤP khi đầu vào không đảo nhỏ hơn điện áp đầu vào đảo . Điều kiện này đúng với bất kể tín hiệu đầu vào được kết nối với đầu vào đảo hay không đảo của bộ so sánh.
Chúng ta cũng có thể thấy rằng giá trị của điện áp đầu ra hoàn toàn phụ thuộc vào điện áp nguồn op-amps. Về lý thuyết do độ lợi vòng hở cao op-amps nên độ lớn của điện áp đầu ra của nó có thể là vô hạn theo cả hai hướng, ( ± ∞ ). Tuy nhiên trên thực tế, và vì những lý do rõ ràng, nó bị hạn chế bởi đường cung cấp op-amps cho V OUT = + Vcc hoặc V OUT = -Vcc .
Chúng tôi đã nói trước đây rằng bộ so sánh op-amp cơ bản tạo ra đầu ra điện áp dương hoặc âm bằng cách so sánh điện áp đầu vào của nó với một số điện áp tham chiếu DC đặt trước. Nói chung, một bộ phân áp điện trở được sử dụng để đặt điện áp tham chiếu đầu vào của bộ so sánh, nhưng nguồn pin, điốt zener hoặc chiết áp cho điện áp tham chiếu thay đổi đều có thể được sử dụng như được minh họa.
Điện áp tham chiếu so sánh
Về lý thuyết, điện áp tham chiếu của bộ so sánh có thể được đặt ở bất kỳ đâu giữa 0v và điện áp cung cấp nhưng có những giới hạn thực tế về dải điện áp thực tùy thuộc vào thiết bị so sánh op-amp được sử dụng.
Bộ so sánh điện áp dương và âm
Một mạch so sánh op-amp cơ bản có thể được sử dụng để phát hiện điện áp đầu vào dương hoặc âm tùy thuộc vào đầu vào nào của bộ khuếch đại thuật toán mà chúng tôi kết nối nguồn điện áp tham chiếu cố định và cả điện áp đầu vào. Trong các ví dụ trên, chúng tôi đã sử dụng đầu vào đảo để đặt điện áp tham chiếu với điện áp đầu vào được kết nối với đầu vào không đảo.
Nhưng tương tự, chúng ta có thể kết nối các đầu vào của bộ so sánh theo cách khác xung quanh việc đảo tín hiệu đầu ra với tín hiệu được hiển thị ở trên. Sau đó, một bộ so sánh op-amp có thể được định cấu hình để hoạt động trong cái được gọi là cấu hình đảo hoặc không đảo .
Mạch so sánh điện áp Op amp dương
Cấu hình cơ bản cho bộ so sánh điện áp dương, còn được gọi là mạch so sánh không đảo phát hiện khi tín hiệu đầu vào, V IN TRÊN hoặc dương hơn điện áp tham chiếu, V REF tạo ra một đầu ra tại V OUT là CAO như hình minh họa.
Mạch so sánh không đảo
Trong cấu hình không đảo này, điện áp tham chiếu được kết nối với đầu vào đảo của bộ khuếch đại thuật toán với tín hiệu đầu vào được kết nối với đầu vào không đảo. Để giữ cho mọi thứ đơn giản, chúng ta đã giả định rằng hai điện trở hình thành mạng chia tiềm năng đều bình đẳng và: R1 = R2 = R . Điều này sẽ tạo ra một điện áp tham chiếu cố định bằng một nửa điện áp cung cấp, đó là Vcc / 2 , trong khi điện áp đầu vào có thể thay đổi từ 0 thành điện áp cung cấp.
Khi V IN lớn hơn V REF , đầu ra của bộ so sánh op-amp sẽ bão hòa về phía đường cung cấp dương, Vcc . Khi V IN nhỏ hơn V REF , đầu ra của bộ so sánh op-amp sẽ thay đổi trạng thái và bão hòa ở đường cung cấp âm, 0v như được hiển thị.
Bộ so sánh điện áp âm
Cấu hình cơ bản cho bộ so sánh điện áp âm, còn được gọi là mạch so sánh đảo phát hiện khi tín hiệu đầu vào, V IN DƯỚI hoặc âm hơn điện áp tham chiếu, V REF tạo ra đầu ra tại V OUT là CAO như hình minh họa.
Mạch so sánh đảo
Trong cấu hình đảo , ngược lại với cấu hình dương ở trên, điện áp tham chiếu được kết nối với đầu vào không đảo của bộ khuếch đại thuật toán trong khi tín hiệu đầu vào được kết nối với đầu vào đảo. Sau đó, khi V IN nhỏ hơn V REF , đầu ra của bộ so sánh op-amp sẽ bão hòa về phía đường cung cấp dương, Vcc .
Tương tự, điều ngược lại là đúng, khi V IN lớn hơn V REF , đầu ra của bộ so sánh op-amp sẽ thay đổi trạng thái và bão hòa về phía đường cung cấp âm, 0v .
Sau đó, tùy thuộc vào đầu vào op-amp nào chúng tôi sử dụng cho tín hiệu và điện áp tham chiếu, chúng tôi có thể tạo ra đầu ra đảo hoặc không đảo . Chúng ta có thể thực hiện ý tưởng phát hiện tín hiệu âm hoặc dương tiến thêm một bước nữa bằng cách kết hợp hai mạch so sánh op-amp ở trên để tạo ra mạch so sánh cửa sổ.
Bộ so sánh cửa sổ
Bộ so sánh cửa sổ về cơ bản là bộ so sánh đảo và không đảo ở trên được kết hợp thành một giai đoạn so sánh duy nhất. Bộ so sánh cửa sổ phát hiện các mức điện áp đầu vào nằm trong dải hoặc cửa sổ điện áp cụ thể , thay vì cho biết điện áp lớn hơn hay nhỏ hơn một số điểm tham chiếu điện áp cố định hoặc đặt trước.
Lần này, thay vì chỉ có một giá trị điện áp tham chiếu, một bộ so sánh cửa sổ sẽ có hai điện áp tham chiếu được thực hiện bởi một cặp bộ so sánh điện áp. Bộ so sánh op-amp khi phát hiện một số ngưỡng điện áp trên, V REF (UPPER) và bộ so sánh op-amp khi phát hiện mức ngưỡng điện áp thấp hơn, V REF (LOWER) . Sau đó, các mức điện áp giữa hai điện áp tham chiếu trên và dưới này được gọi là “cửa sổ”, do đó có tên như vậy.
Sử dụng ý tưởng của chúng ta ở trên về mạng phân áp, nếu bây giờ chúng ta sử dụng ba điện trở có giá trị bằng nhau để R1 = R2 = R3 = R, chúng ta có thể tạo một mạch so sánh cửa sổ rất đơn giản như hình minh họa. Ngoài ra vì các giá trị điện trở đều bằng nhau, điện áp giảm trên mỗi điện trở cũng sẽ bằng một phần ba điện áp cung cấp, 1 / 3Vcc . Vì vậy, để dễ dàng trong ví dụ so sánh cửa sổ đơn giản này, chúng ta có thể đặt điện áp tham chiếu trên thành 2 / 3Vcc và điện áp tham chiếu dưới thành 1 / 3Vcc .
Hãy xem xét mạch so sánh cửa sổ bên dưới.
Mạch so sánh cửa sổ
Điều kiện chuyển mạch ban đầu của mạch là đầu ra cực thu mở của op-amp A 1 “TẮT” với đầu ra thu mở của op-amp A 2 , “BẬT” (dòng điện chìm) nên V OUT bằng 0V.
Khi V IN thấp hơn mức điện áp thấp hơn, V REF (LOWER) tương đương với 1 / 3Vcc , V OUT sẽ ở mức THẤP. Khi V IN vượt quá mức điện áp thấp hơn 1 / 3Vcc này , bộ so sánh op-amp đầu tiên sẽ phát hiện điều này và chuyển đầu ra cực thu mở của nó CAO. Điều này có nghĩa là cả hai op-amps đều có đầu ra CAO cùng một lúc. Không có dòng điện chạy qua điện trở kéo lên R L nên V OUT bằng Vcc .
Khi V IN tiếp tục tăng, nó vượt qua mức điện áp trên, V REF (UPPER) ở 2 / 3Vcc . Tại thời điểm này, bộ so sánh op-amp thứ hai phát hiện điều này và chuyển đầu ra LOW và V OUT của nó trở thành 0V.
Sau đó, sự khác biệt giữa V REF (UPPER) và V REF (LOWER) (là 2 / 3Vccc – 1 / 3Vcc trong ví dụ này) tạo ra cửa sổ chuyển đổi cho tín hiệu đi thuận.
Bây giờ giả sử rằng V IN là giá trị lớn nhất và bằng Vcc . Khi V IN giảm, nó sẽ vượt qua mức điện áp trên V REF (UPPER) của bộ so sánh op-amp thứ hai, công tắc chuyển đầu ra CAO. Khi V IN tiếp tục giảm, nó vượt qua mức điện áp thấp hơn, V REF (LOWER) của bộ so sánh op-amp đầu tiên một lần nữa chuyển đổi đầu ra LOW.
Sau đó, sự khác biệt giữa V REF (UPPER) và V REF (LOWER) tạo ra cửa sổ cho tín hiệu đi ngược lại. Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng khi V IN vượt lên trên hoặc đi xuống dưới mức tham chiếu trên và dưới được thiết lập bởi hai bộ so sánh op-amp, tín hiệu đầu ra V OUT sẽ là CAO hoặc THẤP.
Trong ví dụ đơn giản này, chúng tôi đã đặt mức chuyến đi trên là 2 / 3Vcc và mức chuyến đi thấp hơn ở 1 / 3Vcc (vì chúng tôi đã sử dụng ba điện trở có giá trị bằng nhau), nhưng có thể là bất kỳ giá trị nào chúng tôi chọn bằng cách điều chỉnh ngưỡng đầu vào. Do đó, chiều rộng cửa sổ có thể được tùy chỉnh cho một ứng dụng nhất định.
Nếu chúng tôi sử dụng nguồn điện kép và đặt mức chuyến đi trên và dưới là ± 10 volt và V IN là dạng sóng hình sin, thì chúng tôi có thể sử dụng mạch so sánh cửa sổ này như một bộ phát hiện sóng sin qua 0 sẽ tạo ra đầu ra , CAO hoặc THẤP mỗi khi sóng sin vượt qua vạch 0 vôn từ dương sang âm hoặc âm sang dương.
Chúng ta có thể thực hiện ý tưởng phát hiện các mức điện áp này hơn nữa bằng cách kết nối một số bộ so sánh op-amp khác nhau với tất cả chúng bằng cách sử dụng tín hiệu đầu vào chung, nhưng với mỗi bộ so sánh sử dụng điện áp tham chiếu khác nhau được đặt bởi mạng chia điện áp quen thuộc hiện nay của chúng ta trên nguồn cung cấp . Hãy xem xét mạch dò mức điện áp dưới đây.
Mạch tách sóng điện áp so sánh
Như trên, mạng phân áp cung cấp một tập hợp các điện áp tham chiếu cho các mạch so sánh op-amp riêng lẻ. Để tạo ra bốn điện áp tham chiếu sẽ yêu cầu năm điện trở. Điểm giao nhau ở cặp điện trở dưới cùng sẽ tạo ra điện áp tham chiếu bằng 1/5 điện áp nguồn, 1 / 5Vcc sử dụng điện trở có giá trị bằng nhau. Cặp thứ hai 2 / 5Vcc , cặp thứ ba 3 / 5Vcc , v.v., với các điện áp tham chiếu này tăng một lượng cố định 1/5 ( 1/5 ) theo hướng 5 / 5Vcc thực chất là Vcc .
Khi điện áp đầu vào chung tăng, đầu ra của mỗi mạch so sánh op-amp sẽ lần lượt chuyển mạch, do đó TẮT đèn LED được kết nối bắt đầu với bộ so sánh thấp hơn, A 4 và hướng lên về phía A 1 khi điện áp đầu vào tăng. Vì vậy, bằng cách thiết lập các giá trị của điện trở trong mạng phân áp, các bộ so sánh có thể được cấu hình để phát hiện bất kỳ mức điện áp nào. Một ví dụ điển hình về việc sử dụng chỉ báo và phát hiện mức điện áp sẽ là đối với bộ theo dõi tình trạng pin bằng cách đảo chiều đèn LED và kết nối chúng với 0V (đất) thay vì V CC .
Ngoài ra, bằng cách tăng số lượng bộ so sánh op-amp trong tập hợp, nhiều điểm kích hoạt hơn có thể được tạo. Vì vậy, ví dụ: nếu chúng tôi có tám bộ so sánh op-amp trong chuỗi và đưa đầu ra của mỗi bộ so sánh cho Bộ mã hóa kỹ thuật số 8 đến 3 dòng, chúng tôi có thể tạo ra một bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC) rất đơn giản sẽ chuyển đổi tín hiệu đầu vào tương tự thành mã nhị phân 3 bit (0-to-7).
Bộ so sánh Op-amp với phản hồi dương
Chúng ta đã thấy ở đây rằng các bộ khuếch đại thuật toán có thể được cấu hình để hoạt động như các bộ so sánh ở chế độ vòng hở của chúng và điều này sẽ ổn nếu tín hiệu đầu vào thay đổi nhanh chóng hoặc không quá nhiễu. Tuy nhiên, nếu tín hiệu đầu vào, V IN chậm thay đổi hoặc có nhiễu điện, thì bộ so sánh op-amp có thể dao động chuyển đổi đầu ra của nó qua lại giữa hai trạng thái bão hòa, + Vcc và -Vcc khi tín hiệu đầu vào di chuyển xung quanh điện áp tham chiếu, mức V REF . Một cách để khắc phục sự cố này và tránh op-amp dao động là cung cấp phản hồi dương xung quanh bộ so sánh.
Như tên gọi của nó, phản hồi dương là kỹ thuật cung cấp lại một phần hoặc một phần của tín hiệu đầu ra cùng pha với đầu vào không đảo của op-amp thông qua một bộ chia tiềm năng được thiết lập bởi hai điện trở với lượng phản hồi tỷ lệ với tỷ lệ của chúng.
Việc sử dụng phản hồi dương xung quanh bộ so sánh op-amp có nghĩa là một khi đầu ra được kích hoạt thành bão hòa ở một trong hai mức, phải có sự thay đổi đáng kể đối với tín hiệu đầu vào V IN trước khi đầu ra chuyển trở lại điểm bão hòa ban đầu. Sự khác biệt này giữa hai điểm chuyển mạch được gọi là độ trễ tạo ra cái thường được gọi là mạch kích Schmitt. Hãy xem xét mạch so sánh đảo bên dưới.
Bộ so sánh Op-amp đảo với độ trễ
Đối với mạch so sánh đảo ở trên, V IN được áp dụng cho đầu vào đảo của op-amp. Các điện trở R 1 và R 2 tạo thành một mạng phân áp trên bộ so sánh cung cấp phản hồi dương với một phần điện áp đầu ra xuất hiện ở đầu vào không đảo. Lượng phản hồi được xác định bởi tỷ số điện trở của hai điện trở được sử dụng và được cho là:
Phương trình chia điện áp
Trong đó: β (beta) có thể được dùng để chỉ phần phản hồi.
Khi tín hiệu đầu vào nhỏ hơn điện áp tham chiếu, V IN <V REF , điện áp đầu ra sẽ CAO, V OH và bằng điện áp bão hòa dương. Khi đầu ra là CAO và dương, giá trị của điện áp tham chiếu trên đầu vào không đảo sẽ xấp xỉ bằng: + β * Vcc được gọi là Điểm hành trình trên hoặc UTP.
Khi tín hiệu đầu vào, V IN tăng nó trở nên bằng với điện áp điểm chuyến đi phía trên này, mức V UTP ở đầu vào không đảo. Điều này làm cho đầu ra của bộ so sánh thay đổi trạng thái trở thành LOW, V OL và bằng với điện áp bão hòa âm như trước.
Nhưng sự khác biệt lần này là giá trị điện áp điểm hành trình thứ hai được tạo ra bởi vì một điện áp âm hiện xuất hiện ở đầu vào không đảo, bằng: -β * Vcc do điện áp bão hòa âm ở đầu ra. Khi đó tín hiệu đầu vào bây giờ phải giảm xuống dưới mức điện áp thứ hai này, được gọi là Điểm hành trình thấp hơn hoặc LTP để đầu ra của bộ so sánh điện áp thay đổi hoặc chuyển trở lại trạng thái dương ban đầu.
Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng khi đầu ra thay đổi trạng thái, điện áp tham chiếu ở đầu vào không đảo cũng thay đổi tạo ra hai giá trị điện áp tham chiếu khác nhau và hai điểm chuyển mạch khác nhau. Một điểm được gọi là Điểm hành trình trên (UTP), trong khi điểm kia được gọi là Điểm hành trình dưới (LTP). Sự khác biệt giữa hai điểm chuyến đi này được gọi là Độ trễ .
Độ trễ được xác định bởi phần phản hồi, β của điện áp đầu ra được đưa trở lại đầu vào không đảo. Ưu điểm của phản hồi dương là mạch kích Schmitt của bộ so sánh kết quả miễn nhiễm với việc kích hoạt thất thường gây ra bởi tiếng ồn hoặc các tín hiệu đầu vào thay đổi chậm trong dải trễ tạo ra tín hiệu đầu ra sạch hơn vì đầu ra của bộ so sánh op-amp chỉ được kích hoạt một lần.
Vì vậy, đối với điện áp đầu ra dương, V REF = + β * Vcc , nhưng đối với điện áp đầu ra âm, V REF = -β * Vcc . Sau đó, chúng ta có thể nói rằng lượng điện áp trễ sẽ được đưa ra là:
Chúng tôi cũng có thể sản xuất một mạch so sánh op-amp không đảo với độ trễ tích hợp bằng cách thay đổi đầu vào và đầu cuối tham chiếu như được minh họa:
Mạch so sánh điện áp Op amp không đảo với độ trễ
Lưu ý rằng các mũi tên trên biểu đồ độ trễ cho biết hướng chuyển đổi tại các điểm hành trình trên và dưới.
Ví dụ về Mạch so sánh điện áp Op amp
Bộ khuếch đại thuật toán sẽ được sử dụng với phản hồi dương để tạo ra mạch kích Schmitt. Nếu điện trở, R 1 = 10kΩ và điện trở, R 2 = 90kΩ , những gì sẽ là giá trị của các thượng và hạ thấp điểm chuyển đổi của điện áp tham chiếu và chiều rộng của hiện tượng trễ nếu op-amp được kết nối với một kép ± 10V điện cung cấp.
Cho: R 1 = 10kΩ , R 2 = 90kΩ . Nguồn điện + Vcc = 10v và -Vcc = 10v .
Phần phản hồi:
Điểm chuyến đi điện áp trên, V UTP
Điểm chuyến đi điện áp thấp hơn, V LTP
Chiều rộng trễ:
Sau đó, điện áp tham chiếu V REF , chuyển đổi giữa + 1V và -1V khi đầu ra bão hòa từ mức này sang mức khác. Hy vọng rằng chúng ta có thể thấy từ ví dụ đơn giản này rằng chiều rộng của độ trễ này, tổng cộng là 2 vôn, có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn chỉ đơn giản bằng cách điều chỉnh tỷ lệ phân áp của điện trở phản hồi R 1 và R 2 .
Bộ so sánh điện áp
Mặc dù chúng ta có thể sử dụng các bộ khuếch đại thuật toán như 741 làm mạch so sánh cơ bản, vấn đề với điều này là op-amps chỉ được tối ưu hóa cho hoạt động tuyến tính. Đó là nơi các thiết bị đầu cuối đầu vào hầu như ở cùng một mức điện áp và giai đoạn đầu ra của nó được thiết kế để tạo ra điện áp đầu ra tuyến tính không bị bão hòa trong thời gian dài. Ngoài ra, các bộ khuếch đại thuật toán tiêu chuẩn được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng vòng kín với phản hồi âm từ đầu ra đến đầu vào đảo của nó.
Mặt khác, một bộ so sánh điện áp chuyên dụng là một thiết bị phi tuyến tính cho phép bão hòa nặng, do độ lợi rất cao, khi tín hiệu đầu vào khác nhau một lượng tương đối nhỏ. Sự khác biệt giữa bộ so sánh op-amp và bộ so sánh điện áp là ở giai đoạn đầu ra vì op-amp tiêu chuẩn có giai đoạn đầu ra được tối ưu hóa cho hoạt động tuyến tính, trong khi giai đoạn đầu ra của bộ so sánh điện áp được tối ưu hóa cho hoạt động bão hòa liên tục vì nó luôn luôn có ý định gần với đường tiếp tế này hoặc đường khác và không ở giữa.
Các bộ so sánh thương mại như bộ so sánh đơn LM311, bộ so sánh quad LM339 hoặc bộ so sánh vi phân kép LM393, là các bộ so sánh điện áp đi kèm trong một gói IC tiêu chuẩn hoạt động từ một nguồn cung cấp đơn hoặc kép. Các bộ so sánh điện áp chuyên dụng này được thiết kế với mục đích duy nhất là chuyển đầu ra rất nhanh chóng từ trạng thái bão hòa này sang trạng thái bão hòa khác vì các bóng bán dẫn được sử dụng cho giai đoạn đầu ra của bộ so sánh điện áp thường là bóng bán dẫn chuyển mạch.
Vì các bộ so sánh điện áp chuyển đổi tín hiệu đầu vào tuyến tính thành tín hiệu đầu ra kỹ thuật số, chúng thường được sử dụng để kết nối hai tín hiệu điện khác nhau với điện áp cung cấp hoặc điện áp tham chiếu khác nhau. Do đó, giai đoạn đầu ra của bộ so sánh điện áp thường được cấu hình như một công tắc bóng bán dẫn cực thu mở (hoặc Bộ xả) với trạng thái mở hoặc đóng chứ không phải là điện áp đầu ra thực tế như được hiển thị.
Mạch so sánh điện áp Op amp
Ở đây, đầu ra cực thu mở từ bộ so sánh điện áp được kết nối với nguồn điện áp thông qua một điện trở kéo lên duy nhất (và một đèn LED để chỉ báo) kéo đầu ra duy nhất lên cao đến nguồn điện. Khi công tắc đầu ra ở mức CAO, nó tạo ra một đường trở kháng cao, do đó không có dòng điện nào chạy như V OUT = Vcc .
Khi bộ so sánh thay đổi trạng thái và công tắc đầu ra ở mức THẤP, nó tạo ra một đường trở kháng thấp xuống đất và dòng điện chạy qua điện trở kéo lên (và đèn LED) gây ra sụt áp trên chính nó với đầu ra được kéo xuống mức cung cấp thấp hơn, đất trong trường hợp này.
Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng có rất ít sự khác biệt giữa biểu tượng sơ đồ của bộ so sánh op-amp và bộ so sánh điện áp hoặc các mạch bên trong của chúng. Sự khác biệt chính là ở giai đoạn đầu ra với cấu hình bộ thu mở hoặc bộ thoát rất hữu ích cho việc điều khiển rơ le, đèn, v.v. Bằng cách điều khiển một bóng bán dẫn từ đầu ra cho phép công suất dòng chuyển đổi lớn hơn so với chỉ riêng đầu ra của bộ so sánh.
Tóm tắt về Mạch so sánh điện áp Op amp
Trong hướng dẫn này về Bộ so sánh Op-amp, chúng ta đã thấy rằng mạch so sánh về cơ bản là một bộ khuếch đại thuật toán không có phản hồi, nghĩa là, op-amp được sử dụng trong cấu hình vòng hở của nó và khi điện áp đầu vào, V IN vượt quá điện áp tham chiếu đặt trước, V REF , đầu ra thay đổi trạng thái.
Do độ lợi vòng hở rất cao của bộ khuếch đại thuật toán, việc sử dụng nó với phản hồi dương hoặc thậm chí không có phản hồi nào khiến đầu ra bão hòa với đường ray cung cấp của nó tạo ra một trong hai điện áp đầu ra riêng biệt tùy thuộc vào giá trị tương đối của hai đầu vào. Hành vi bistable này là phi tuyến tính và là cơ sở của bộ so sánh op-amp và mạch kích Schmitt.
Các giai đoạn đầu ra của các bộ so sánh chuyên dụng, chẳng hạn như LM311 đơn, LM393 kép hoặc LM339 quad được thiết kế để hoạt động trong các vùng bão hòa của chúng cho phép các mạch so sánh điện áp này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chuyển đổi tương tự sang số và cho nhiều loại các mạch phát hiện mức điện áp.
Hành vi chuyển mạch thất thường của bộ so sánh vòng hở có thể dễ dàng khắc phục bằng cách thêm phản hồi dương giữa đầu ra và đầu vào của bộ so sánh. Với phản hồi dương, mạch có độ trễ với việc chuyển mạch đầu ra xảy ra giữa hai điểm chuyển mạch khác nhau, UTP và LTP.
Bộ so sánh cửa sổ op-amp là một loại mạch so sánh điện áp sử dụng hai bộ so sánh op-amp để tạo ra đầu ra hai trạng thái cho biết điện áp đầu vào có nằm trong một phạm vi hoặc cửa sổ giá trị cụ thể hay không bằng cách sử dụng hai điện áp tham chiếu. Điện áp tham chiếu trên và điện áp tham chiếu thấp hơn.
Mặc dù bộ khuếch đại thuật toán và bộ so sánh có thể trông giống nhau, chúng rất khác nhau và được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng khác nhau vì op-amp có thể được sử dụng làm bộ so sánh, bộ so sánh điện áp không thể được sử dụng làm op-amp do nó không giai đoạn đầu ra tuyến tính.
Chúng ta đã biết từ các hướng dẫn trước rằng bộ khuếch đại thuật toán là một thiết bị tương tự với đầu vào tương tự vi sai và đầu ra tương tự và nếu hoạt động trong cấu hình vòng hở của nó, đầu ra của nó hoạt động giống như đầu ra so sánh. Nhưng các bộ so sánh điện áp chuyên dụng (LM311, LM393, LM339) được cung cấp rộng rãi sẽ hoạt động tốt hơn nhiều so với bộ so sánh op-amp tiêu chuẩn .
