W tym poście będziemy omawiać op-amp jako komparator.Omówiliśmy już inne zastosowania op-ampa w obwodach generatora fali prostokątnej, takie jak multiwibratory astabilne (lub wolnobieżne), multiwibratory monostabilne (lub one-shot) i multiwibratory bistabilne (lub flip-flops).
Aby lepiej zrozumieć wzmacniacze operacyjne, kliknij tutaj:- Wzmacniacze operacyjne (Op-amp)
Komparator Op-amp
Komparator jest ważny w obwodach, w których dwa sygnały napięciowe mają być porównywane i rozróżniane, który z nich jest silniejszy. Komparator jest również ważnym obwodem w projektowaniu generatorów przebiegów niesinusoidalnych jako oscylatorów relaksacyjnych.
W op-ampie o konfiguracji pętli otwartej z sygnałem różnicowym lub pojedynczym sygnałem wejściowym ma wartość większą niż 0, wysokie wzmocnienie, które zmierza do nieskończoności napędza wyjście op-ampa do nasycenia. Tak więc, op-amp pracujący w konfiguracji pętli otwartej będzie miał wyjście, które przechodzi do poziomu dodatniego nasycenia lub ujemnego nasycenia lub przełącza się pomiędzy poziomami dodatniego i ujemnego nasycenia, a tym samym spina wyjście powyżej tych poziomów. Zasada ta jest wykorzystywana w układzie komparatora z dwoma wejściami i wyjściem. Dwa wejścia, z których jedno jest napięciem odniesienia (Vref), są porównywane ze sobą.
Praca układu komparatora 741 IC Op-amp
Nieodwracający układ komparatora 741 IC Op-amp
Nieodwracający układ komparatora 741 IC Op-amp jest pokazany na poniższym rysunku. Jest on nazywany obwodem komparatora nieodwracającego, ponieważ sinusoidalny sygnał wejściowy Vin jest przyłożony do zacisku nieodwracającego. Stałe napięcie odniesienia Vref jest podawane na zacisk odwracający (-) op-ampa.
Gdy wartość napięcia wejściowego Vin jest większa od napięcia odniesienia Vref, napięcie wyjściowe Vo przechodzi do dodatniego nasycenia. Dzieje się tak dlatego, że napięcie na wejściu nieodwracającym jest większe niż napięcie na wejściu odwracającym.
741 IC Non-Inverting Comparator Circuit
Gdy wartość napięcia wejściowego Vin jest mniejsza od napięcia odniesienia Vref, napięcie wyjściowe Vo przechodzi w stan ujemnego nasycenia. Dzieje się tak dlatego, że napięcie na wejściu nieodwracającym jest mniejsze niż napięcie na wejściu odwracającym. Tak więc napięcie wyjściowe Vo zmienia się od dodatniego punktu nasycenia do ujemnego punktu nasycenia przy każdej zmianie różnicy pomiędzy Vin i Vref. Jest to pokazane na poniższym przebiegu. Komparator można nazwać detektorem poziomu napięcia, ponieważ dla ustalonej wartości Vref można wykryć poziom napięcia Vin.
Na schemacie widać diody D1i D2. Te dwie diody są używane do ochrony op-ampa przed uszkodzeniem w wyniku wzrostu napięcia wejściowego. Diody te nazywane są diodami zaciskowymi, ponieważ zaciskają one różnicowe napięcia wejściowe do wartości 0,7V lub -0,7V. Większość op-ampów nie potrzebuje diod zaciskowych, ponieważ większość z nich ma już wbudowane zabezpieczenie. Rezystancja R1 jest połączona szeregowo z napięciem wejściowym Vin i R jest połączona pomiędzy wejściem odwracającym a napięciem odniesienia Vref. R1 ogranicza prąd płynący przez diody zaciskowe, a R redukuje problem offsetu.
741 IC Op-Amp Non-Inverting Comparator Waveform Odwracający układ komparatora 741 IC Op-amp Comparator Circuit
Obwód komparatora odwracającego 741 IC op-amp jest pokazany na poniższym rysunku. Jest on nazywany obwodem komparatora inwersyjnego, ponieważ sinusoidalny sygnał wejściowy Vin jest przyłożony do zacisku inwersyjnego. Stałe napięcie odniesienia Vref jest podawane na zacisk nieodwracający (+) op-ampa. Potencjometr jest używany jako dzielnik napięcia w celu uzyskania napięcia odniesienia na nieodwracającym zacisku wejściowym. Dwa końce potencjometru są podłączone do napięcia zasilania +VCC i -VEE. Wiper jest podłączony do nieodwracającego zacisku wejściowego. Gdy wiper jest obracany do wartości zbliżonej do +VCC, Vref staje się bardziej dodatni, a gdy wiper jest obracany w kierunku -VEE, wartość Vref staje się bardziej ujemna. Przebiegi są pokazane poniżej.
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. W rezultacie napięcie wyjściowe komparatora przełącza się pomiędzy górnym i dolnym poziomem nasycenia.
(b) High Common Mode Rejection Ratio (CMRR) – Parametry napięcia wejściowego typu common mode, takie jak szumy, są redukowane za pomocą wysokiego CMRR.
(c) Bardzo mały Input Offset Current i Input Offset Voltage – Znikoma ilość Input Offset Current i Input Offset Voltage powoduje mniejszą ilość problemów z offsetem. Aby zmniejszyć dalsze problemy z offsetem, można zastosować sieci kompensujące napięcie offsetu i rezystory minimalizujące offset.