آپ امپ در حالت مقایسه گری یا Comparator
ShahBaz | يكشنبه, ۱۰ اسفند ۱۳۹۳، ۰۷:۴۸ ب.ظ
آپ امپ در حالت مقایسه گری یا Comparator
آپ امپ در حالت مقایسه گری یا Comparator در این حالت کوچکترین اختلاف بین ولتاژ های ورودی تقویت شده و در خروجی نمایان می شود. در این وضعیت خروجی زمانی high یا سوییچ می شود.که مقدار ولتاژ در پایه inverting یا منفی به سطح ولتاژ در پایه noninverting یا مثبت برسد.این ولتاژ در شکل زیر برابر vref است. از این نوع مدار جهت مقایسه ولتاژ های ورودی به خصوص در سنسورها استفاده می شود. در این مدار به جای مقاومت R2 می توانید از پتانسیومتر جهت تعیین ولتاژ Vref و تنظیم آن استفاده کنید. اشمیت تریگر در این حالت جریان ایجاد شده در بار مقاومتی متناسب با ولتاژ ورودی است.به دلیل مقاومت ورودی بسیار بالا در آپ امپ ها می توان از جریان ورودی آپ امپ ها صرفنظر کرد.بنابراین جریان خروجی از رابطه زیر محاسبه می شود. و در این حالت برعکس حالت قبلی تحریک آپ امپ از پایه مثبت صورت می گیرد.همانطور که در شکل زیر مشخص است. است. با توجه به هم پتناسیل بودن پایه های ورودی منفی و مثبت در حالت ایده آل داریم با در نظر گرفتن قانون اهم در مورد جریان IZ2 رابطه زیر را داریم همانطور که دیدید می باشد.در نتیجه فرمول فوق به صورت زیر ساده می شود. با توجه به قوانین گره و صفر بودن جریان ورودی آپ امپ در حالت ایده آل و روابط فوق رابطه زیر را داریم با ساده کردن رابطه فوق داریم در این حالت خروجی مضرب مثبتی از ورودی است. در یک آپ امپ ایده آل که به صورت زیر بسته شود.ولتاژ ورودی VS با ولتاژ خروجی برابر می شود.در این حالت به دلیل امپدانس بالای ورودی در آپ امپ ها ولتاژ خروجی با وجود برابری با ولتاژ ورودی ولی کاملا از جریان ورودی مجزا یا ایزوله شده است. مقدار ولتاژ خروجی از فرمول زیر تبعیت می کند. در آپ امپ ایده آل همانطور که در نقشه ملاحظه می کنید. در این حالت جریان از پایه مثبت به پایه منفی می رود.،و از آنجا به خروجی می رود.در این حالت می شود.و در نهایت در ادامه داریم که اگر در محل اتصال خازن با پایه 2 آپ امپ مطابق شکل از قوانین مربوط به kcl استفاده کنید.همانطور که می دانید بر اساس قوانین kcl جریان های وارد شونده به یک گره با جریان های خارج شونده از گره برابرند.در این گره ای که مطرح شد.،3 جریان وجود دارد.،یک جریان را جریان خازن در نظر بگیرید.،که به گره وارد می شود.دو جریان دیگر از گره خارج می شوند.یک جریانی که وارد پایه منفی آپ امپ می شود.و جریانی که وارد مقاومت R2 در خروجی می شود.بنابراین فرمول زیر را خواهیم داشت. به دلیل مقاومت ورودی بالا در آپ امپ و در حالت ایده آل می توانیم از جریان در پایه منفی آپ امپ صرفنظر کنیم بنابراین داریم در واقع بنابر فرمول زیر همان جریانی که از خازن در ورودی می گذرد وارد خروجی نیز می شود. فرمولی که می توان در مورد جریان خازن وجود دارد.به صورت زیر است. در این فرمول c ظرفیت خازن بر حسب فاراد است.t نیز در این عبارات بیانگر این است.که این فرمول بر حسب زمان می باشد. d/dt نیز همانطور که می دانید علامت مشتق گیری است.بنابراین جریان گذرنده از خازن از حاصلضرب ظرفیت خازن در مشتق زمانی ولتاژ بدست می آید. جریان گذرنده از مقاومت فیدبکی R2 نیز از رابطه زیر محاسبه می شود. در حال ایده آل می باشد.بنابراین بنابر روابط فوق راطه زیر را خواهیم داشت. با ساده کردن عبارت فوق خواهیم داشت.همانطور که می بینیدخروجی از مشتق ورودی حاصل می شود. در شکل مثلثی ورودی مربوط به مشتق گیر.،هر جا که شیب خط مثلثی شکل زاویه ای حاده باشد لبه بالا رونده پالس را خواهیم داشت.،و هر جا که این زاویه منفرجه یا باز باشد.لبه پایین رونده پالس را خواهیم داشت. اگر شکل موج ورودی سینوسی باشد.مشتق آنرا در نظر بگیرید.وسپس به خاطر علامت منفی که در فرمول بدست آوردید.آنرا معکوس کنید. علامت منفی این عبارت با منفی فرمول بالا مثبت می شود.بنابراین در این حالت شکل موج خروجی همسان با شکل موج ورودی و جلوتر از آن ایجاد می شود.علت جلوتر بودن آن ضریب a است.که در مشتق مشاهده می کنید.این شکل موج ها را براحتی می توانید در اسیلسکوپ مشاهده کنید. اگر شکل موج ورودی مربعی باشد.،همانطور که می دانید مشتق تابع پله ای تابع ضربه ای می شود .بنابراین در خروجی هنگامیکه لبه بالارونده پالس وجود داشته باشد.، یک پالس نوک تیز به سمت بالا خواهیم داشت.و هنگامیکه لبه پایین رونده پالس را داشته باشیم.این پالس نوک تیز به سمت پایین خواهد بود.
lkfu: http://rahasys.blogsky.com/1389/09/14/post-11/