Nói chung, trong lĩnh vực điện tử, bộ so sánh được sử dụng để so sánh hai điện áp hoặc dòng điện được đưa ra ở hai đầu vào của bộ so sánh. Điều đó có nghĩa là nó cần hai điện áp đầu vào, sau đó so sánh chúng và đưa ra một điện áp đầu ra khác biệt hoặc tín hiệu mức cao hoặc mức thấp. Bộ so sánh được sử dụng để cảm nhận khi một tín hiệu đầu vào thay đổi tùy ý đạt đến mức tham chiếu hoặc mức ngưỡng xác định. Bộ so sánh có thể được thiết kế bằng cách sử dụng các thành phần khác nhau như điốt, bóng bán dẫn, op-amps . Bộ so sánh tìm thấy trong nhiều ứng dụng điện tử có thể được sử dụng để điều khiển các mạch logic.
Ký hiệu so sánh
Op-Amp làm bộ so sánh
Khi chúng ta nhìn kỹ vào biểu tượng so sánh, chúng ta sẽ nhận ra nó là Op-Amp (Bộ khuếch đại hoạt động) , vì vậy, điều làm cho bộ so sánh này khác với op-amp Op-Amp được thiết kế để chấp nhận tín hiệu tương tự và xuất ra tín hiệu tương tự, trong khi bộ so sánh sẽ chỉ cho đầu ra là tín hiệu kỹ thuật số mặc dù một Op-Amp thông thường có thể được sử dụng làm Bộ so sánh (Bộ khuếch đại hoạt động như LM324, LM358 và LM741 không thể được sử dụng trực tiếp trong mạch so sánh điện áp.
Op-Amps thường có thể được sử dụng làm bộ so sánh điện áp nếu một diode hoặc bóng bán dẫn được thêm vào đầu ra của bộ khuếch đại) nhưng bộ so sánh thực được thiết kế để có thời gian chuyển đổi nhanh hơn so với Op-Amps đa năng. Do đó, chúng ta có thể nói rằng bộ so sánh là phiên bản sửa đổi của Op-Amps được thiết kế đặc biệt để cung cấp đầu ra kỹ thuật số.
So sánh mạch đầu ra Op-amp và so sánh
Mạch so sánh cơ bản hoạt động
Mạch so sánh hoạt động đơn giản bằng cách lấy hai tín hiệu đầu vào tương tự, so sánh chúng và sau đó tạo ra đầu ra logic cao “1” hoặc thấp “0”.
Mạch so sánh không đảo ngược
Bằng cách áp dụng tín hiệu tương tự cho đầu vào + bộ so sánh được gọi là “không đảo ngược” và - đầu vào được gọi là “đảo ngược”, mạch so sánh sẽ so sánh hai tín hiệu tương tự này, nếu đầu vào tương tự trên đầu vào không đảo lớn hơn đầu vào tương tự trên đảo ngược thì đầu ra sẽ chuyển sang mức cao hợp lý và điều này sẽ làm cho mở bóng bán dẫn thu Q8 trên mạch tương đương LM339 ở trên để BẬT. Khi đầu vào tương tự khi không đảo ngược nhỏ hơn đầu vào tương tự trên đầu vào đảo ngược, thì đầu ra của bộ so sánh sẽ chuyển sang mức logic thấp.
Điều này sẽ làm cho bóng bán dẫn Q8 TẮT. Như chúng ta đã thấy từ hình ảnh mạch tương đương LM339 ở trên, LM339 sử dụng một bóng bán dẫn cực thu mở Q8 trong đầu ra của nó, do đó chúng ta phải sử dụng Điện trở 'kéo lên' được kết nối với dây dẫn bộ thu Q8 với Vcc để làm cho bóng bán dẫn Q8 này hoạt động. Theo bảng dữ liệu LM339, dòng điện tối đa có thể chạy trên bóng bán dẫn Q8 này (dòng chìm đầu ra) là khoảng 18 mA. V- có thể được tính như sau.
V- = R2.Vcc / (R1 + R2)
Đầu vào không đảo ngược của bộ so sánh được kết nối với chiết áp 10 K, cũng đang tạo thành mạch phân áp nơi chúng ta có thể điều chỉnh điện áp V + bắt đầu từ Vcc xuống 0 volt. Đầu tiên, khi V + bằng Vcc, đầu ra của bộ so sánh sẽ chuyển sang mức cao hợp lý (Vout = Vcc) vì V + lớn hơn V-.
Điều này sẽ TẮT bóng bán dẫn Q8 và đèn LED sẽ TẮT. Khi điện áp V + giảm xuống dưới V-volt, đầu ra của bộ so sánh sẽ chuyển sang mức thấp hợp lý (Vout = GND) và điều này sẽ chuyển bóng bán dẫn Q8 BẬT và đèn LED sẽ BẬT.
Bằng cách hoán đổi đầu vào tương tự, bộ chia điện áp R1 và R2 được kết nối với đầu vào không đảo (V +) và chiết áp kết nối với đầu vào đảo ngược (V-) chúng ta sẽ nhận được kết quả đầu ra ngược lại.
Mạch so sánh đảo
Một lần nữa, sử dụng nguyên tắc phân áp, điện áp trên đầu vào không đảo (V +) là khoảng V- vôn, do đó, nếu chúng ta bắt đầu điện áp đầu vào đảo ngược (V-) ở Vcc vôn, V + thấp hơn V-, điều này sẽ làm cho bóng bán dẫn Q8 BẬT đầu ra của bộ so sánh sẽ chuyển sang mức logic thấp. Khi chúng ta điều chỉnh V- xuống phía dưới V +. Sau đó, bóng bán dẫn Q8 TẮT đầu ra của bộ so sánh sẽ chuyển sang mức cao logic vì V + lúc này lớn hơn V- và đèn LED sẽ TẮT.
Ứng dụng của so sánh trong mạch điện tử thực tế
Hệ thống giám sát độ ẩm của đất dựa trên mạng cảm biến không dây sử dụng Arduino
Các hệ thống giám sát độ ẩm đất dựa trên mạng cảm biến không dây sử dụng dự án Arduino được thiết kế để phát triển hệ thống tưới tự động có thể điều khiển hoạt động chuyển đổi (bật / tắt) động cơ máy bơm tùy thuộc vào độ ẩm trong đất.
Hệ thống giám sát độ ẩm
Cảm biến độ ẩm cảm nhận độ ẩm của đất và một tín hiệu thích hợp được đưa đến bảng Arduino. Bộ so sánh sẽ so sánh các tín hiệu mức độ ẩm với tín hiệu tham chiếu được xác định trước. Sau đó, nó sẽ gửi tín hiệu đến vi điều khiển. Dựa trên tín hiệu nhận được từ sự sắp xếp cảm biến và tín hiệu so sánh, máy bơm nước sẽ được vận hành. Màn hình LCD được sử dụng để hiển thị trạng thái độ ẩm của đất và máy bơm nước.
Mạch cảm biến nhịp tim
Hệ thống triển khai chip Heartrate Monitor
Cảm biến nhịp tim HRM-2511E có 4 op-amps. Opamp thứ tư được sử dụng như một bộ so sánh điện áp. Tín hiệu PPG tương tự được đưa đến đầu vào dương và đầu vào âm được gắn với điện áp tham chiếu (VR). Độ lớn của VR có thể được đặt ở bất kỳ đâu trong khoảng từ 0 đến Vcc thông qua chiết áp P2 (hiển thị ở trên). Mỗi khi sóng xung PPG vượt quá ngưỡng điện áp VR, đầu ra của bộ so sánh sẽ tăng cao. Do đó, sự sắp xếp này cung cấp một xung kỹ thuật số đầu ra được đồng bộ hóa với nhịp tim. Độ rộng của xung cũng được xác định bởi điện áp ngưỡng VR.
Mạch báo động khói
Mạch báo động khói
Các điốt quang phát ra ánh sáng được phát hiện bởi các bóng bán dẫn quang Q1 và Q2. Vùng trên cùng được niêm phong và do đó điểm hoạt động của bóng bán dẫn Q1 không thay đổi. Điểm hoạt động này được sử dụng làm tham chiếu cho bộ so sánh. Khi khói đi vào vùng thấp hơn, điểm hoạt động của bóng bán dẫn quang Q2 thay đổi, do đó dẫn đến sự thay đổi điện áp Vin từ giá trị cơ bản (không có khói) Vin (no_smoke). -transistor giảm do khói xâm nhập vào vùng, dòng cơ bản giảm và điện áp Vin sẽ tăng từ giá trị cơ bản (không có khói) Vin (no_smoke). Khi điện áp Vin vượt qua Vref, đầu ra của bộ so sánh chuyển từ VL sang VH sẽ kích hoạt cảnh báo.
Tôi hy vọng bằng cách đọc bài viết này, bạn đã có được một số kiến thức cơ bản và làm việc trên bộ so sánh. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về bài viết này hoặc về dự án điện tử và điện năm cuối , xin vui lòng bình luận trong phần dưới đây. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, Bạn có biết bất kỳ ứng dụng hệ thống nhúng nào trong đó op-amp được sử dụng làm mạch so sánh không?
