Схема компаратора напряжения: сборка и тестирование с двухканальным ОУ

Введение

Компаратор напряжения — фундаментальный строительный блок аналоговой электроники, позволяющий схеме определять, какой из двух входных напряжений выше. В этом руководстве вы соберёте простой компаратор на базе одноканального двухканального операционного усилителя, наблюдайте за результатом с помощью светодиода и изучите практические применения, такие как датчики скорости ветра.

Детали и материалы

• Операционный усилитель: модель 1458 или 353 (каталог Radio Shack # 276‑038 / 900‑6298) — двухканальный ОУ в 8-пиновом DIP-корпусе.
• Три батареи 6 В (обеспечивают шины питания от 0 до +18 В).
• Два потенциометра 10 кОм линейного типа (Radio Shack # 271‑1715).
• 1 × светодиод (Radio Shack # 276‑026 или аналогичный).
• 1 × резистор 330 Ом.
• 1 × резистор 470 Ом.

Использование двухканального ОУ — лучшая практика, даже если вашему проекту нужен только один канал. Это экономит детали и сохраняет гибкость лабораторного набора для будущих проектов.

Перекрёстные ссылки

Lessons In Electric Circuits, Том 3, глава 8: «Операционные усилители»

Цели обучения

• Понять, как ОУ работает как компаратор напряжения.
• Собрать схему компаратора и проверить её работу визуально со светодиодом.
• Изучить реальные сценарии, где компараторы незаменимы.

Схема

Иллюстрация

Принцип работы компаратора

Выход ОУ насыщается либо около положительного питания (+18 В), либо около земли (0 В). Когда на неинвертирующем входе (+) напряжение выше, чем на инвертирующем (−), выход переходит в высокое состояние, зажигая светодиод. Если на инвертирующем входе напряжение выше, выход уходит в низкое состояние, и светодиод гаснет.

Для глубокого понимания подключите вольтметры к двум входным терминалам (относительно земли). Вы увидите изменение числовых значений при вращении потенциометров, соответствующее состоянию включения/выключения светодиода.

Пример практического применения

Представьте анемометр, преобразующий скорость ветра в пропорциональное напряжение. Подав этот сигнал на неинвертирующий вход, а фиксированное опорное напряжение — на инвертирующий, компаратор может включить тревогу сильного ветра, когда скорость превышает заданный порог.

Связанные рабочие листы

• Рабочий лист по схемам ОУ с открытым контуром