W wielu układach elektronicznych istnieje potrzeba sprzęgnięcia układów analogowych i cyfrowych. Służą do tego przetworniki analogowo‑cyfrowe. Jednak sygnały analogowe często mają charakter pomiarowy, a więc najczęściej wystarczy uzyskanie sygnału dwustanowego, w którym otrzymuje się informację czy napięcie jest wyższe, czy niższe od zadanego progu. Do otrzymywania sygnałów dwustanowych stosuje się komparatory napięcia.
Komparator napięcia jest małym układem scalonym, pozwalającym na porównanie ze sobą dwóch napięć. Jest wyposażony w dwa wejścia: odwracające (–) i nieodwracające (+) oraz w wyjście; wymaga ponadto zasilania.
Komparatory napięcia budowane są w oparciu o wzmacniacze operacyjne (Rys. 9.1). Przyjmuje się, że do wejścia nieodwracającego podłącza się sygnał mierzony, zaś do wejścia odwracającego napięcie odniesienia (np. napięcie 0 V). Na wyjściu układu pojawia się stan wysoki, jeżeli sygnał mierzony ma wyższą wartość niż napięcie odniesienia. W przeciwnym wypadku na wyjściu pojawia się stan niski. Działanie komparatora związane jest zatem z porównaniem sygnałów, a nie ze stwierdzeniem, jak duża jest różnica między sygnałami.
R3nsOv9FuKepc
Ilustracja przedstawia schemat i dwa wykresy.Schemat: Na dole schematu w jednej linii umieszczone są trzy punkty. Dwa po lewej stronie, jeden do prawej. Od pierwszego punktu biegnie w górę strzałka do białego punktu, będącego początkiem poziomej linii biegnącej u góry schematu. Strzałka między punktami opisana jest jako u z indeksem dolnym wu e. Pozioma linia biegnie w prawo przez prostokąt er z indeksem dolnym jeden, do znaku minus, znajdującego się w rogu trójkąta. Od drugiego dolnego punktu biegnie do góry strzałka do białego punktu, będącego początkiem poziomej linii, poniżej tej biegnącej u góry schematu. Strzałka między punktami opisana jest jako u z indeksem dolnym o. Linia biegnie w prawo przez prostokąt er dwa, do znaku plus, znajdującego się w dolnym rogu trójkąta. Do wierzchołka trójkąta znajdującego się po prawej stronie biegnie w prawo linia zakończona białym punktem. Do punktu biegnie, od trzeciego punktu umieszczonego na dole, strzałka opisana jako u z indeksem dolnym wu igrek. Pierwszy wykres: Jest to wykres U z indeksem dolnym wu igrek od u z indeksem dolnym wu e. Na osi pionowej oznaczona jest wartość Ha. Na osi poziomej zaznaczona jest wartość U z indeksem dolnym o. Od tych wartości pociągnięte są linie aż do ich skrzyżowania się. Obszar ten opisany jest jako charakterystyka idealna. Drugi wykres: Jest to połączenie dwóch wykresów. Na górnym wykresie oznaczone są wartości U z indeksem dolnym wu e od te. Przez wykres biegnie pozioma linia od wartości u z indeksem dolnym o. Przez wykres biegnie parabola, przecinając w dwóch miejscach linię U z indeksem dolnym o. Od tych miejsc pociągnięte są przerywane, wyznaczające koniec pierwszego słupka oraz początek kolejnego o wysokości ha, znajdującego się na wykresie U z indeksem dolnym wu igrek od te.
Rys. 9.1 Wzmacniacz operacyjny jako komparator; często nazywany jest komparatorem analogowym.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
W przypadku komparatorów istnieje możliwość uzyskania niejednoznacznego, losowego stanu na wyjściu. Pojawia się to, gdy sygnały na obu wejściach są porównywalne i osiąga się próg zadziałania. Niejednoznaczność sygnału spowodowana jest wówczas zjawiskami wynikającymi ze zmian temperatury, szumami. W takim przypadku wygodnie jest zastosować komparator charakteryzujący się histerezą. Jest to zjawisko polegające na niejednakowym zachowaniu się układu w sytuacji, gdy różnica napięć rośnie lub maleje. W obu przypadkach występują różne progi przełączania (Rys. 9.2).
RsbgLTXRWxG08
Ilustracja przedstawia schemat. Po lewej stronie schematu znajduje się biały punkt. Obok punktu po lewej znajduje się szlaczek. Od punktu biegnie w prawą stronę linia, prowadzi do trójkąta, a konkretnie rogu, przy którym znajduje się w trójkącie znak minus. Po lewej stronie od trójkąta znajduje się pionowa linia. Zaczyna swój bieg od punktu położonego u góry, przy którym znajduje się napis plus dziesięć fał. Linia biegnie w dół, przechodzi przez prostokąt opisany jako er z indeksem dolnym jeden. Biegnie dalej w dół, przecina dwa czarne punkty, po czym prostokąt opisany jako er z indeksem dolnym dwa kończy swój bieg na poziomej kresce. Z górnego czarnego punktu, przez który biegnie linia, biegnie w prawo linia. Linia biegnie do znaku plus zawartego w trójkącie. Z dolnego czarnego punktu biegnie w prawo linia, przechodzi przez prostokąt er z indeksem dolnym trzy, po czym zakręca do góry. Łączy się z linią biegnącą od wierzchołka trójkąta po prawej stronie. Linia, biegnąca od wierzchołka w lewo, po minięciu łączenia z linią dochodzącą z dołu biegnie dalej w prawo. Rozdwaja się. Pierwsza jej część biegnie w górę, przechodzi przez prostokąt er z indeksem dolnym cztery, prowadzi do białego punktu, obok którego znajduje się napis plus pięć fał. Druga część linii biegnie w prawo do białego punktu. Obok znajduje się szlaczek: linia biegnąca w prawo, w dół, w prawo, w górę i w prawo.
Rys. 9.2 Eliminacja dodatkowych stanów komparatora przez wprowadzenie histerezy
