Praktická elektronika/Obvody/Komparátory

Komparátory jsou obvody, které porovnávají vstupní napětí a podle toho překlápí výstup. Dělí se na:

  • komparátory bez hystereze
  • komparátory s hysterezí (tzv. Schmittův klopný obvod)

Často se realizují pomocí operačních zesilovačů.

Komparátor bez hystereze

editovat
 
Komparátor

Komparátor porovnává napětí přivedená na vstupy + a -. Pokud je vyšší napětí na vstupu +, je na výstupu kladné saturační napětí operačního zesilovače, je-li vyšší napětí na vstupu -, je na výstupu záporné saturační napětí operačního zesilovače. U normálních operačních zesilovačů je saturační napětí výstupu řádově o jeden nebo několik voltů nižší než napětí napájecí. Speciální tzv. rail-to-rail operační zesilovače jsou ovšem konstruovány tak, aby výstupní napětí mohlo dosahovat téměř hodnot napětí napájecího.

 

Tester autobaterie

editovat
 
Schéma zapojení

Tento obvod je určený k otestování klasické autobaterie pomocí zapalovače mezi sedadly. Obvod obsahuje dva komparátory v jednom pouzdře (čip Q) a překlápí se mezi třemi stavy. Kondenzátor C slouží ke stabilizaci vstupního napětí. Stabilizátor tvořený rezistorem R1 a diodou D4 vytváří referenční napětí pro oba komparátory. Toto napětí je porovnáno se vstupním napětím, které je na vstupy přiváděno přes trimry R2 a R3. Jejich seřízením jsou nastaveny prahové hodnoty, kdy ten který komparátor překlápí výstupy a podle toho se rozsvěcí LED.[1]

Nastavení

  • nastavit UMIN na cca 10-11V pomocí R2
  • nastavit UMAX na cca 14-15V pomocí R3
 
Hotový obvod zabudovaný v krabičce; pojistka je uvnitř vidlice do autozásuvky

Seznam součástek

  • uIN = UN ≈ 12-14V
  • Q – a) LM358 b) LM393
  • F:IN ≈ 50 mA (6,3x32 mm)
  • C = 100 nF
  • R1 = 22 kΩ
  • R2,3 = 47 - 220 kΩ/N
  • R4 = 1,5 kΩ
  • D1,2,3 – LED 2 V/20 mA
  • D4 – ZD 2,7 – 6,2 V/0,5 W

a)

Napětí Stav D1 D2 D3
  Přebíjení OFF OFF ON
  Nabitá/Nabíjení OFF ON OFF
  Vybitá ON OFF OFF

b)

Napětí Stav D1 D2 D3
  Přebíjení ON ON ON
  Nabitá/Nabíjení ON ON OFF
  Vybitá ON OFF OFF

Komparátor s hysterezí

editovat
 
Schmittův klopný obvod
 
Hysterezní diagram Schmittova klopného obvodu

Schmittův klopný obvod je speciální komparátor, který má hysterezi. To znamená, že jeho výstup je závislý nejen na hodnotě vstupu, ale i na jeho původním stavu. Podobně jako obyčejný komparátor s operačním zesilovačem, i Schmittův klopný obvod dosahuje na výstupu kladného nebo záporného saturačního napětí. Pokud je na výstupu například kladné napětí, nedojde k překlopení Schmittova obvodu při pouhém splnění podmínky   jako u komparátoru, ale teprve až rozdíl obou napětí dosáhne prahové hodnoty  .

Podobně pokud je nyní na výstupu záporné saturační napětí, může dojít ke zpětnému překlopení Schmittova obvodu teprve až v momentě, kdy je   o více než  .Oba tyto děje jsou znázorněny na obrázku hysterezního diagramu. Je z něj vidět, že Schmittův klopný obvod se v mezích   chová jako paměť minulého stavu.

Velikost hystereze se u Schmittova klopného obvodu s operačním zesilovačem vypočítá podle vztahu:

 
  1. Indikátor napětí autobaterie [online]. Danyk.cz, [cit. 2023-06-14]. Dostupné online.