Komparatoren vs. Operationsverstärker: Was ist der Unterschied?

Was sind Komparatoren?

Warum werden Komparatoren verwendet?

Was sind Operationsverstärker?

Warum sind Operationsverstärker wichtig?

• komplexe analoge Schaltkreise vereinfachen.
• wackelige Signale verstärken und die Genauigkeit erhöhen
• Ermöglicht analoge Signalverarbeitung und -steuerung.
• Dient als Grundelement für eine Vielzahl von Anwendungen
• Versorgt unzählige Alltagsgeräte mit Strom

Video zu Operationsverstärkern

Komparatoren vs. Operationsverstärker

Wie funktionieren Komparatoren?

1. Spannungsvergleich: Die beiden Eingangsspannungen werden vom Differenzverstärker verglichen. Eine positive Spannungsdifferenz entsteht, wenn V+ größer als V- ist. Die Differenz ist negativ, wenn V- größer ist.
2. Verstärkung und Schwellenwertbildung: Der Differenzverstärker erhöht die Spannungsdifferenz, was die Entscheidungsfindung des Komparators erleichtert. Während einige Komparatoren interne Schwellenwerte verwenden, um den kritischen Punkt zu finden, basieren andere ihre Bestimmung auf der Referenzspannung.
3. Erzeugung des Ausgangssignals: Der Komparator erzeugt je nach verstärkter Differenz und Schwellenwert ein „hohes“ oder „niedriges“ Ausgangssignal. Dieses Signal gibt effektiv die vorherrschende Spannung an, indem es zeigt, welche Spannung den Vergleich „gewonnen“ hat.

Wie funktionieren Operationsverstärker?

1. Spannungsvergleich: Die Spannungen an den invertierenden und nicht invertierenden Eingängen werden vom Differenzverstärker verglichen. Eine positive Spannungsdifferenz entsteht, wenn V+ größer ist als V-. Die Differenz ist negativ, wenn V- größer ist.
2. Verstärkung: Die hohe Verstärkung des Operationsverstärkers wird vom Differenzverstärker genutzt, um die Differenzspannung zu erhöhen. Dies gewährleistet ein starkes Ausgangssignal, indem selbst die kleinste Spannungslücke erheblich verstärkt wird.
3. Ausgangserzeugung: Der Operationsverstärker erzeugt eine endgültige Ausgangsspannung über den Ausgangsanschluss basierend auf der verstärkten Differenz. Normalerweise proportional zur vergrößerten Differenz verstärkt diese Ausgangsspannung das ursprüngliche Signal zwischen V- und V+.

Wo werden Komparatoren verwendet?

• Spannungspegelerkennung: Um festzustellen, ob eine Spannung über oder unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, werden Komparatoren verwendet. Dies ist hilfreich für Schaltkreise, die vor Über- und Unterspannung schützen.
• Fensterkomparatoren: Fensterkomparatoren, die mithilfe mehrerer Komparatoren obere und untere Spannungsgrenzen definieren, werden in Systemen verwendet, in denen eine Spannung innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten werden muss.
• Nulldurchgangsdetektoren: In Nulldurchgangsdetektoren werden Komparatoren eingesetzt, die den Moment erkennen, in dem ein Wechselstromsignal den Nullspannungspegel überschreitet. In Anwendungen wie Phasensteuerung und Frequenzmessung ist dies von Bedeutung.
• Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM): In PWM-Steuerschaltungen werden Komparatoren verwendet, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das durch Vergleichen einer Eingangsspannung mit einer Referenzspannung pulsweitenmoduliert wird.
• Digital-Analog-Umsetzer (DAC)-Schaltungen: In bestimmten DAC-Schaltungen wird ein digitaler Ausgang erzeugt, indem ein analoges Eingangssignal mithilfe von Komparatoren mit einer Referenzspannung verglichen wird.
• Sensorschnittstellenschaltungen: Um die Erkennung bestimmter Situationen oder Vorkommnisse zu ermöglichen, werden in Sensorschnittstellenschaltungen Komparatoren eingesetzt, um den Ausgang von Sensoren mit vorgegebenen Schwellenwerten zu vergleichen.

Wo werden Operationsverstärker verwendet?

• Analog-Digital-Umwandlung (ADC): Für Computer und andere digitale Systeme ist die Umwandlung kontinuierlicher analoger Signale – wie Ihre Stimme oder Sensorwerte – in diskrete digitale Daten unerlässlich. Ein wesentlicher Bestandteil von ADC-Schaltkreisen sind Operationsverstärker, die das analoge Signal mit Referenzpegeln vergleichen und als Antwort einen digitalen Code erzeugen. Betrachten Sie sie als Vermittler, die eine ununterbrochene Spannungssprache in ein eindeutiges digitales Alphabet umwandeln.
• Pulsweitenmodulation (PWM): Bei dieser Methode der Leistungsregulierung wird die Einschaltzeit eines Schalters während eines wiederkehrenden Zyklus geändert. Das Herzstück von PWM-Schaltungen sind Operationsverstärker, die ein Steuersignal mit einer Sägezahnwellenform vergleichen und daraufhin den Schalter aktivieren. Sie können die durchschnittliche Leistungsabgabe effizient steuern, ähnlich wie das Dimmen einer Glühbirne oder die Regulierung der Motordrehzahl, indem sie die Einschaltdauer des Schalters variieren.
• Spannungspegelerkennung: Müssen Sie Alarme auslösen oder andere Kontrollen ergreifen, wenn eine Spannung über einen bestimmten Punkt steigt oder unter diesen fällt? Als wachsame Wächter vergleichen Operationsverstärker die überwachte Spannung kontinuierlich mit dem Schwellenwert und schlagen Alarm, wenn der Grenzwert überschritten wird. Sie können Alarme auslösen, Relais einschalten oder Kontrollmechanismen starten, um die Bedingungen innerhalb sicherer oder idealer Betriebsbereiche zu halten.
• Signalaufbereitung: Operationsverstärker können zum Formen und Ändern analoger Signale verwendet werden, um eine Vielzahl von Anforderungen zu erfüllen, von der Verstärkung schwacher Signale bis zum Herausfiltern unerwünschter Geräusche. Sie können schwache Sensorsignale verstärken, unerwünschte Frequenzen wie Wechselstrombrummen aus dem Stromnetz herausfiltern oder Signalpegel ändern, um die Eingangsspezifikationen anderer Geräte zu erfüllen.
• Medizinische Geräte: Operationsverstärker sind wichtige Komponenten, die in allen Bereichen von der Messung der Vitalfunktionen bis zur Anomalieerkennung eingesetzt werden. Sie erzeugen wichtige Informationen für Diagnose und Behandlung, indem sie winzige bioelektrische Signale von Muskeln oder Gehirnaktivität verstärken und sie mit Referenzwerten vergleichen.

Fazit