Elektronica/Opamps/Niet Lineaire Schakelingen/Comparator

Comparator

Een comparator (vergelijker) is een elektronische component die twee spanningen met elkaar vergelijkt en bij een positief verschil als uitgangsspanning meestal de positieve voedingsspanning levert en bij negatief verschil de negatieve voedingsspanning. Een comparator is dus in wezen niets anders dan een standaard opamp. Het volgend schema geeft een opamp weer als een comparator.

Zoals eerder werd vermeld, wordt de uitgangsspanning van de opamp gegeven door:

$V_{out}=A_{OL}\cdot (V_{+}-V_{-})$

waarin A_OL de open-lusversterkingsfactor is.

Als A_OL een grote waarde heeft, zal al bij een klein verschil tussen V₊ en V_– de opamp als uitgansspanning de positieve of negatieve voedingsspanning geven. Kortom:

$V_{out}={\begin{cases}V_{S+}&V_{+}>V_{-}\\\,\\V_{S-}&V_{+}<V_{-}\end{cases}}$

Praktisch zal V_– of V₊ verbonden zijn met een referentiespanning en het te vergelijken signaal zal op de andere ingang aangebracht worden. Indien V_– zich op een vaste spanning bevindt zal V_out zich als een dalende flank gedragen, indien V₊ zich op een vaste spanning bevindt zal V_out zich als een stijgende flank gedragen.

Hier dient eveneens rekening geworden dat een opamp met een lage slew rate bij hoge frequentie natuurlijk verre van ideaal zal reageren.

Bemerk dat deze schakeling zich heel ongepast gaat gedragen indien het te meten signaal oscilleert rond de referentiespanning. Dit probleem wordt opgelost door gebruik te maken van de Schmitt-Trigger.

Indien men een zuiver sinusvormig signaal aan een ingang van de opamp hangt en de andere ingang connecteert met massa heeft men een sinus naar blok omzetter gemaakt.

Opgaven

Opgave: Gegeven een sinusgolf met een amplitude van 3 V. Teken ingang en uitgang van een comparator indien: De sinus aangelegd wordt op V+ en V– zich op –2 V bevindt. De sinus aangelegd wordt op V+ en V– zich op 2 V bevindt. De sinus aangelegd wordt op V– en V+ zich op –2 V bevindt. De sinus aangelegd wordt op V– en V+ zich op 2 V bevindt. Teken nu ingang en uitgang wanneer V+ de som van een blokgolf met een amplitude van van 1V (frequentie van 50Hz) en een sinusgolf met amplitude van 0.1V en een amplitude van 500 Hz bevat terwijl V– een referentiespanning van 1V binnen krijgt. Indien de blokgolf het nuttige signaal is en de sinus omgevingsruis, hoe goed presteert deze schakeling dan?