Kategorie

Komparatory

W elektronice komparator jest urządzeniem, które porównuje dwa napięcia (rzadziej prądy) i zwraca sygnał cyfrowy wskazujący, który z nich jest większy. Elementy tego rodzaju są często używane w elektronice, na przykład do sprawdzania, czy wejście sygnału uzyskało określoną wartość. Jeśli wejściem tym jest sygnał z sensora jakiejś wartości, komparator może pełnić funkcję elementu systemu sterującego. Podłączając na jedno z wejść komparatora sygnał z termoopornika, a na drugi napięcie odniesienia uzyskać można prosty termostat. Wystarczy, że do wyjścia podłączymy przekaźnik sterujący pracą grzałki.

Komparator – jeden z podstawowych elementów składowych systemów analogowych

Obwód komparatora porównuje między sobą dwa napięcia wejściowe, na wyjściu podając stan wysoki (napięcie zasilania) lub stan niski (napięcie masy), lub ujemne napięcie zasilania w przypadku symetrycznie zasilanego elementu. W większości przypadków komparator jest implementowany przy użyciu dedykowanego układu scalonego. Wzmacnia on różnicę między napięciami wejściowymi. Wzmocnienie systemu jest bardzo wysokie, więc nawet przy najmniejszej różnicy wyjście zostanie wysycone. Jeżeli napięcie na wejściu nieodwracającym jest większe, to na wyjściu będzie napięcie stanu wysokiego, a jeżeli większe napięcie wystąpi na wejściu odwracającym, to na wyjściu układu obecny będzie stan niski.

Pętla sprzężenia zwrotnego i histereza w komparatorze

Z uwagi na wysokie wzmocnienie w układzie komparatora element ten jest niezwykle podatny na szum i zakłócenia na wejściu układu. W momencie, gdy różnica pomiędzy sygnałami wejściowymi jest mniejsza niż napięcie międzyszczytowe zakłóceń obecnych w sygnale wejściowym, powodować to może drganie sygnału wyjściowego – szybkie zmiany stanu z wysokiego na niski, i z powrotem. W praktyce jest to bardzo problematyczne. Dlatego też, aby poprawić taki obwód i uczynić go bardziej odpornym na szum, dodaje się pętlę sprzężenia zwrotnego, która zapewnia systemowi histerezę pracy.

Szeroki wachlarz aplikacji komparatorów

Komparatory mają szeroki zakres zastosowań w systemach elektronicznych. Oprócz stosowania ich w układach kontrolno-sterujących, na przykład do stabilizacji parametrów fizycznych, takich jak temperatura, prędkość silnika czy natężenie oświetlenia, wykorzystywane są one w systemach zasilania, wzmacniaczach klasy D (komparator jest najprostszym układem służącym do modulacji PWM), element przetwornika analogowo-cyfrowego czy nawet jako generator, po dodaniu do niego układu RC. Dzięki zastosowaniu pętli sprzężenia zwrotnego z komparatorem układ taki może działać stabilnie, będąc wyjątkowo odpornym na szum i zakłócenia w sygnałach wejściowych.