In dit bericht gaan we het hebben over de op-amp als comparator.We hebben al andere toepassingen van de op-amp besproken in rechthoekige golfvormgenerator circuits zoals astabiele (of vrijlopende) multivibratoren, monostabiele multivibratoren (of one-shot) en bistabiele multivibratoren (of flip-flops).
Voor een beter begrip van operationele versterkers klik hier:- Operationele Versterkers (Op-amp)
Op-amp Comparator
Een comparator is van belang in schakelingen waar twee spanningssignalen vergeleken moeten worden en onderscheid gemaakt moet worden tussen de sterkste. Een comparator is ook een belangrijke schakeling bij het ontwerp van niet-sinusvormige golfvormgeneratoren als relaxatie-oscillatoren.
In een op-amp met een open-loop-configuratie waarbij een differentieel of enkelvoudig ingangssignaal een waarde groter dan 0 heeft, drijft de hoge versterking die naar oneindig gaat de uitgang van de op-amp in verzadiging. Een op-amp die in een open-lus configuratie werkt, zal dus een uitgang hebben die naar een positief verzadigingsniveau of een negatief verzadigingsniveau gaat of tussen positieve en negatieve verzadigingsniveaus schakelt en dus de uitgang boven deze niveaus klemt. Dit principe wordt toegepast in een comparatorschakeling met twee ingangen en een uitgang. De 2 ingangen, waarvan één een referentiespanning (Vref) is, worden met elkaar vergeleken.
Werking van 741 IC Op-amp Comparatorschakeling
Niet-inverterende 741 IC Op-amp Comparatorschakeling
Een niet-inverterende 741 IC op-amp comparatorschakeling wordt in de onderstaande figuur getoond. Het wordt een niet-inverterende comparatorschakeling genoemd omdat het sinusvormige ingangssignaal Vin wordt toegepast op de niet-inverterende aansluiting. De vaste referentiespanning Vref wordt aan de inverterende aansluiting (-) van de op-amp gegeven.
Wanneer de waarde van de ingangsspanning Vin groter is dan de referentiespanning Vref gaat de uitgangsspanning Vo naar positieve verzadiging. Dit komt doordat de spanning op de niet-inverterende ingang groter is dan de spanning op de inverterende ingang.
741 IC Non-Inverting Comparator Circuit
Wanneer de waarde van de ingangsspanning Vin kleiner is dan de referentiespanning Vref, gaat de uitgangsspanning Vo naar negatieve verzadiging. Dit komt omdat de spanning op de niet-inverterende ingang kleiner is dan de spanning op de inverterende ingang. De uitgangsspanning Vo verandert dus van positief verzadigingspunt naar negatief verzadigingspunt telkens wanneer het verschil tussen Vin en Vref verandert. Dit is te zien in de onderstaande golfvorm. De comparator kan een spanningsniveau-detector worden genoemd, omdat voor een vaste waarde van Vref het spanningsniveau van Vin kan worden gedetecteerd.
In het schakelschema zijn de diodes D1en D2 te zien. Deze twee diodes worden gebruikt om de op-amp te beschermen tegen beschadiging als gevolg van verhoging van de ingangsspanning. Deze diodes worden klemdiodes genoemd omdat zij de differentiële ingangsspanningen afklemmen op 0,7 V of -0,7 V. De meeste op-amps hebben geen klepdiodes nodig, omdat de meeste al ingebouwde beveiliging hebben. De weerstand R1 is in serie geschakeld met de ingangsspanning Vin en R is verbonden tussen de inverterende ingang en de referentiespanning Vref. R1 beperkt de stroom door de klepdiodes en R vermindert het offset probleem.
741 IC Op-Amp Non-Inverting Comparator Waveform Inverterende 741 IC Op-amp Comparator Circuit
Een inverterend 741 IC op-amp comparator circuit is weergegeven in de onderstaande figuur. Het wordt een inverterende comparatorschakeling genoemd omdat het sinusvormige ingangssignaal Vin wordt toegepast op de inverterende aansluiting. De vaste referentiespanning Vref wordt aan de niet-inverterende aansluiting (+) van de op-amp gegeven. Een potentiometer wordt gebruikt als spanningsdeler om de referentiespanning op de niet-inverterende ingangsklem te verkrijgen. De beide uiteinden van de POT zijn verbonden met de gelijkspanning +VCC en -VEE. De wisser is verbonden met de niet-inverterende ingangsklem. Wanneer de ruitenwisser wordt gedraaid naar een waarde in de buurt van +VCC, wordt Vref positiever, en wanneer de wisser wordt gedraaid in de richting van -VEE, wordt de waarde van Vref negatiever. De golfvormen worden hieronder getoond.
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. Als gevolg hiervan de comparator uitgangsspanning schakelt tussen de bovenste en onderste verzadigingsniveaus.
(b) Hoge Common Mode Rejection Ratio (CMRR) – De common mode ingangsspanning parameters zoals een ruis wordt rejcted met behulp van een hoge CMRR.
(c) Zeer kleine ingangs-offsetstroom en ingangs-offsetspanning – Een verwaarloosbare hoeveelheid ingangs-offsetstroom en ingangs-offsetspanning veroorzaakt een geringere mate van offsetproblemen. Om verdere offsetproblemen te verminderen, kunnen offset voltage compenserende netwerken en offset minimaliserende weerstanden worden gebruikt.