V tomto příspěvku se budeme zabývat op-amp jako komparátorem.Již jsme se zabývali dalšími aplikacemi op-ampu v obvodech generátoru obdélníkových vln, jako jsou astabilní (neboli volnoběžné) multivibrátory, monostabilní multivibrátory (neboli jednorázové) a bistabilní multivibrátory (neboli klopné obvody).
Pro lepší pochopení operačních zesilovačů klikněte zde:- Operační zesilovače (Op-amp)
Op-amp komparátor
Komparátor nachází svůj význam v obvodech, kde je třeba porovnat dva napěťové signály a rozlišit, který je silnější. Komparátor je také důležitým obvodem při návrhu generátorů nesinusového průběhu jako relaxačních oscilátorů.
V op-ampu s konfigurací otevřené smyčky s diferenciálním nebo jedním vstupním signálem, který má hodnotu větší než 0, vede vysoké zesílení, které jde do nekonečna, výstup op-ampu do saturace. Op-amp pracující v konfiguraci s otevřenou smyčkou tedy bude mít výstup, který přejde do kladné nebo záporné úrovně nasycení nebo bude přepínat mezi kladnou a zápornou úrovní nasycení, a tím se výstup nad těmito úrovněmi přiškrtí. Tento princip se používá v obvodu komparátoru se dvěma vstupy a výstupem. Dva vstupy, z nichž jeden je referenční napětí (Vref), se vzájemně porovnávají.
Fungování obvodu komparátoru 741 IC s optickým zesilovačem
Neinvertující obvod komparátoru 741 IC s optickým zesilovačem
Na obrázku níže je znázorněn neinvertující obvod komparátoru 741 IC s optickým zesilovačem. Nazývá se neinvertující obvod komparátoru, protože sinusový vstupní signál Vin je přiveden na neinvertující svorku. Pevné referenční napětí Vref je přivedeno na invertující svorku (-) op-amp.
Když je hodnota vstupního napětí Vin větší než referenční napětí Vref, přejde výstupní napětí Vo do kladné saturace. Je to proto, že napětí na neinvertujícím vstupu je větší než napětí na invertujícím vstupu.
Obvod neinvertujícího komparátoru 741 IC
Když je hodnota vstupního napětí Vin menší než referenční napětí Vref, přejde výstupní napětí Vo do záporné saturace. Je to proto, že napětí na neinvertujícím vstupu je menší než napětí na invertujícím vstupu. Výstupní napětí Vo se tedy mění z kladného bodu nasycení na záporný bod nasycení, kdykoli se změní rozdíl mezi Vin a Vref. To je znázorněno na níže uvedeném průběhu. Komparátor lze nazvat detektorem úrovně napětí, protože pro pevnou hodnotu Vref lze detekovat úroveň napětí Vin.
Na schématu zapojení jsou zobrazeny diody D1a D2. Tyto dvě diody slouží k ochraně op-amp před poškozením v důsledku zvýšení vstupního napětí. Tyto diody se nazývají svorkové diody, protože svorkují diferenciální vstupní napětí buď na 0,7 V, nebo na -0,7 V. Většina op-ampérů klešťové diody nepotřebuje, protože většina z nich má již zabudovanou ochranu. Odpor R1 je zapojen do série se vstupním napětím Vin a R je zapojen mezi invertující vstup a referenční napětí Vref. R1 omezuje proud procházející klešťovými diodami a R snižuje problém s offsetem.
Křivka neinvertujícího komparátoru 741 IC Op-Amp Invertující 741 IC Op-zesilovač komparátoru
Invertující obvod komparátoru 741 IC op-amp je znázorněn na obrázku níže. Nazývá se invertující obvod komparátoru, protože sinusový vstupní signál Vin je přiveden na invertující svorku. Pevné referenční napětí Vref je přivedeno na neinvertující svorku (+) op-ampu. Potenciometr se používá jako obvod děliče napětí pro získání referenčního napětí na neinvertující vstupní svorce. Oba konce potenciometru jsou připojeny ke stejnosměrnému napájecímu napětí +VCC a -VEE. Stěrač je připojen k neinvertující vstupní svorce. Když se stěrač otáčí na hodnotu blízkou +VCC, stává se Vref kladnější, a když se stěrač otáčí směrem k -VEE, stává se hodnota Vref zápornější. Průběhy jsou uvedeny níže.
Op-amp 741 IC Inverting Comparator Circuit 
741 IC Op-Amp Inverting Comparator Waveform Comparator Characteristics
1. Operation Speed – According to change of conditions in the input, a comparator circuit switches at a good speed beween the saturation levels and the response is instantaneous.
2. Accuracy – Accuracy of the comparator circuit causes the following characteristics:-
(a) High Voltage Gain – The comparator circuit is said to have a high voltage gain characteristic that results in the requirement of smaller hysteresis voltage. V důsledku toho se výstupní napětí komparátoru přepíná mezi horní a dolní úrovní nasycení.
(b) Vysoký poměr odrazu společného módu (CMRR) – Parametry společného módu vstupního napětí, jako je šum, jsou odraženy pomocí vysokého CMRR.
(c) Velmi malý vstupní offsetový proud a vstupní offsetové napětí – Zanedbatelné množství vstupního offsetového proudu a vstupního offsetového napětí způsobuje menší problémy s offsetem. Pro snížení dalších problémů s offsetem lze použít sítě kompenzující offsetové napětí a rezistory minimalizující offset.