Mạch so sánh dòng điện điện áp

Mạch so sánh hay Comparator, còn gọi là Op-Amp Comparator trong kỹ thuật điện tử là phần tử thực hiện so sánh hai giá trị điện áp hoặc dòng điện đưa tới ngõ vào thuận và đảo, và cho ra kết quả nhị phân biểu hiện giá trị thuận có lớn hơn không. Phần lớn mạch được chế phục vụ so điện áp

Bộ so sánh điện áp là một mạch so sánh hai điện áp, chuyển đầu ra sang trạng thái cao hay thấp tùy thuộc vào điện áp nào cao hơn. Mạch so sánh điện áp hoạt động dựa trên opamp. Hình 1 hiển thị mạch so sánh điện áp ở chế độ đảo và Hình 2 hiển thị mạch so sánh điện áp ở chế độ không đảo.

Mạch so sánh không đảo

Trong mạch so sánh không đảo, điện áp tham chiếu được đặt vào đầu vào đảo ngược và điện áp so sánh đặt vào đầu vào không đảo. Bất cứ khi nào điện áp so sánh (Vin) vượt quá điện áp tham chiếu, đầu ra của opamp sẽ chuyển sang bão hòa dương (V+) và ngược lại. Trên thực tế những gì xảy ra là sự khác biệt giữa Vin và Vref, (Vin – Vref) sẽ là một giá trị dương và được khuếch đại đến vô cùng bởi opamp. Do không có điện trở phản hồi Rf, opamp ở chế độ vòng hở do đó độ lợi điện áp (Av) sẽ gần với vô cực. Vì vậy, điện áp đầu ra dao động đến giá trị tối đa tức là V+. Phương trình Av = 1 + (Rf / R1). Khi Vin xuống dưới Vref, điều ngược lại xảy ra.

Phần lớn mạch được chế phục vụ so điện áp.

Thuật ngữ Comparator thường được dùng với ý nghĩa này. Khi cần phân biệt thì dùng Op-Amp Comparator, ví dụ phân biệt với các mạch so sánh số là “Digital comparator”. Đôi khi mạch còn được gọi là ADC 1 bit

Nguyên lý hoạt động

Mạch gồm hai phầnː mạch ngõ vào là một khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch lớn, và mạch ngõ ra thông dụng của các mạch logic.

Theo biểu diễn trong ký hiệu mạch so sánh, với V1 ở ngõ vào thuận, thì

Nếu V1 > V2, Vout là logic 1 (high)
Nếu V1 < V2, Vout là logic 0 (low)
Sự bất định xảy ra khi V1 ≈ V2, nhưng thường được khử bằng các phản hồi dương để tạo trễ.[2]

Đặc trưng trễ giống như đối với Trigger Schmitt.

Mạch so sánh đảo ngược

Bộ khuếch đại đảo ngược sử dụng opamp là một bộ khuếch đại sử dụng opamp trong đó dạng sóng đầu ra sẽ ngược pha với dạng sóng đầu vào. Dạng sóng đầu vào sẽ được khuếch đại theo hệ số Av (độ lợi điện áp của bộ khuếch đại) theo độ lớn và pha của nó sẽ bị đảo ngược. Trong mạch khuếch đại đảo ngược, tín hiệu được khuếch đại được nối với đầu vào đảo ngược của opamp thông qua điện trở đầu vào R1. Rf là điện trở hồi tiếp. Rf và Rin cùng xác định độ lợi của bộ khuếch đại. Điện áp khuếch đại đảo ngược được biểu thị bằng phương trình Av = – Rf / R1. Sơ đồ mạch của bộ khuếch đại đảo ngược cơ bản sử dụng opamp được hiển thị bên dưới.

Trong trường hợp bộ so sánh đảo ngược, điện áp tham chiếu được đặt vào đầu vào không đảo và điện áp so sánh đặt vào đầu vào đảo ngược. Bất cứ khi nào điện áp đầu vào (Vin) vượt quá Vref, đầu ra của opamp sẽ chuyển sang bão hòa âm. Ở đây, sự khác biệt giữa hai điện áp (Vin-Vref) được đảo ngược và khuếch đại đến vô cùng bởi opamp. Phương trình Av = -Rf / R1. Phương trình tăng điện áp ở chế độ đảo ngược là Av = -Rf / R1. Vì không có điện trở phản hồi, độ lợi sẽ gần với vô cực và điện áp đầu ra sẽ càng âm hay V-.

Mạch so sánh điện áp thực tế sử dụng uA741

Dưới đây là mạch so sánh không đảo ngược thực tế dựa trên opamp uA741. Ở đây, điện áp tham chiếu được đặt bằng cách sử dụng mạng phân chia điện áp bao gồm R1 và R2. Phương trình là Vref = (V + / (R1 + R2)) x R2. Việc thay thế các giá trị được đưa ra trong sơ đồ mạch vào phương trình này sẽ cho Vref = 6V. Bất cứ khi nào Vin vượt quá 6V, đầu ra sẽ dao động lên -/+12 DC và ngược lại. Mạch được cấp nguồn từ nguồn cung cấp kép +/- 12V DC.