연산 증폭기 비교기

연산 증폭기 비교기

비교기는 개방 루프 상태, 즉 피드백 저항기가 없는 연산 증폭기의 매우 높은 이득을 사용하는 전자 의사 결정 회로입니다.

연산 증폭기 비교기는 하나 의 아날로그 전압 레벨을 다른 아날로그 전압 레벨 또는 사전 설정된 기준 전압 V REF 와 비교 하고 이 전압 비교를 기반으로 출력 신호를 생성합니다. 즉, 연산 증폭기 전압 비교기는 두 전압 입력의 크기를 비교하고 둘 중 가장 큰 것을 결정합니다.

우리는 이전 튜토리얼에서 연산 증폭기를 네거티브 피드백과 함께 사용하여 다양한 기능을 수행하는 선형 영역에서 출력 신호의 크기를 제어할 수 있다는 것을 확인했습니다. 우리는 또한 표준 연산 증폭기가 개방 루프 이득 A O를 특징으로 하고 출력 전압이 다음 식으로 주어진다는 것을 확인했습니다. V OUT  = A O (V+ – V-) 여기서 V+ 및 V-는 전압에 해당합니다. 비반전 단자와 반전 단자에 각각.

반면에 전압 비교기는 양의 피드백을 사용하거나 피드백을 전혀 사용하지 않는(개방 루프 모드) 두 가지 포화 상태 사이에서 출력을 전환합니다. 왜냐하면 개방 루프 모드에서 증폭기의 전압 이득은 기본적으로 A VO 와 동일하기 때문입니다 . 그런 다음 이 높은 개방 루프 이득으로 인해 비교기의 출력은 사전 설정된 임계값을 통과하는 다양한 입력 신호를 적용할 때 양극 공급 레일 +Vcc 로 완전히 스윙하거나 음극 공급 레일 -Vcc 로 완전히 스윙합니다.

개방 루프 연산 증폭기 비교기는 두 개의 아날로그 입력 V+ 및 V- 의 변경으로 인해 비선형 영역에서 작동하는 아날로그 회로로, 트리거링으로 인해 두 개의 가능한 출력이 발생하므로 디지털 쌍 안정 장치처럼 동작합니다. 상태, +Vcc 또는 -Vcc . 그렇다면 입력 신호는 아날로그이지만 출력은 디지털 방식으로 동작하므로 전압 비교기는 본질적으로 1비트 아날로그-디지털 변환기라고 말할 수 있습니다.

 

아래의 기본 연산 증폭기 전압 비교기 회로를 고려하십시오.

연산 증폭기 비교기 회로

위의 연산 증폭기 비교기 회로를 참조하여 먼저 V IN 이 V REF 의 DC 전압 레벨 (  V IN  < V REF  )보다 낮다고 가정해 보겠습니다. 비교기의 비반전(양수) 입력이 반전(음수) 입력보다 작으므로 출력은 LOW가 되고 음수 공급 전압에서는 -Vcc 가 되어 출력이 음포화됩니다.

이제 입력 전압 V IN 을 증가시켜 그 값이 반전 입력의 기준 전압 V REF 보다 커지면 출력 전압은 빠르게 양의 공급 전압인 +Vcc 쪽으로 HIGH로 전환되어 출력이 양의 포화 상태가 됩니다. 입력 전압 V IN 을 다시 줄여 기준 전압보다 약간 낮추면 연산 증폭기의 출력은 임계값 감지기 역할을 하는 음의 포화 전압으로 다시 전환됩니다.

그런 다음 연산 증폭기 전압 비교기는 비 반전 입력의 전압 이 반전 입력의 전압보다 크고, 비반전 입력이 반전 입력 전압보다 작을 때 LOW입니다. 이 조건은 입력 신호가 비교기의 반전 입력 또는 비반전 입력에 연결되는지 여부에 관계없이 적용됩니다.

또한 출력 전압의 값이 연산 증폭기 전원 전압에 전적으로 의존한다는 것을 알 수 있습니다. 이론상으로 연산 증폭기의 높은 개방 루프 이득으로 인해 출력 전압의 크기는 양방향(± )에서 무한대일 수 있습니다 . 그러나 실제로는 V OUT  = +Vcc 또는 V OUT  = -Vcc를 제공하는 연산 증폭기 공급 레일에 의해 제한되는 명백한 이유가 있습니다 .

앞서 기본 연산 증폭기 비교기는 입력 전압을 미리 설정된 DC 기준 전압과 비교하여 양 또는 음의 전압 출력을 생성한다고 말했습니다. 일반적으로 비교기의 입력 기준 전압을 설정하기 위해 저항성 전압 분배기를 사용하지만 그림과 같이 배터리 소스, 제너 다이오드 또는 가변 기준 전압용 전위차계를 모두 사용할 수 있습니다.

비교기 기준 전압

이론적으로 비교기 기준 전압은 0V와 공급 전압 사이의 어느 위치로든 설정할 수 있지만 사용되는 연산 증폭기 비교기에 따라 실제 전압 범위에 실질적인 제한이 있습니다.

포지티브 및 네거티브 전압 비교기

기본 연산 증폭기 비교기 회로를 사용하여 고정 기준 전압 소스와 입력 전압을 연결하는 연산 증폭기의 입력에 따라 양 또는 음의 입력 전압을 감지할 수 있습니다. 위의 예에서는 반전 입력을 사용하여 비반전 입력에 연결된 입력 전압으로 기준 전압을 설정했습니다.

그러나 마찬가지로 출력 신호를 위에 표시된 신호로 반전시키는 것과 반대로 비교기의 입력을 연결할 수도 있습니다. 그런 다음 반전 또는 비반전 구성으로 작동하도록 연산 증폭기 비교기를 구성할 수 있습니다.

포지티브 전압 비교기

비반전 비교기 회로라고도 알려진 포지티브 전압 비교기의 기본 구성은 입력 신호 V IN 이 기준 전압 V REF 보다 높거나 더 포지티브일 때 그림과 같이 V OUT 에서 HIGH인 출력을 생성하는 경우를 감지합니다.

 

비반전 비교기 회로

이 비반전 구성에서 기준 전압은 연산 증폭기의 반전 입력에 연결되고 입력 신호는 비반전 입력에 연결됩니다. 일을 단순하게 유지하기 위해 전위 분배기 네트워크를 형성하는 두 개의 저항이 동일하고 R1 = R2 = R 이라고 가정했습니다 . 이는 공급 전압의 절반인 고정 기준 전압, 즉 Vcc/2를 생성하는 반면, 입력 전압은 0에서 공급 전압까지 가변적입니다.

V IN 이 V REF 보다 크면 연산 증폭기 비교기 출력은 포지티브 공급 레일 Vcc 쪽으로 포화됩니다 . V IN이 V REF 보다 작 으면 연산 증폭기 비교기 출력은 상태를 변경하고 그림과 같이 네거티브 공급 레일인 0v 에서 포화됩니다 .

네거티브 전압 비교기

반전 비교기 회로라고도 알려진 네거티브 전압 비교기의 기본 구성은 입력 신호 V IN 이 기준 전압 V REF 보다 낮거나 더 음인 경우 그림과 같이 V OUT 에서 HIGH인 출력을 생성하는 경우 를 감지합니다.

반전 비교기 회로

위의 포지티브 구성과 반대되는 반전 구성에서는 기준 전압이 연산 증폭기의 비반전 입력에 연결되고 입력 신호가 반전 입력에 연결됩니다. 그러면 V IN이 V REF 보다 작을 때 연산 증폭기 비교기 출력은 포지티브 공급 레일 Vcc 쪽으로 포화됩니다 .

마찬가지로 그 반대도 마찬가지입니다. V IN 이 V REF 보다 크면 연산 증폭기 비교기 출력은 상태를 변경하고 네거티브 공급 레일인 0v를 향해 포화됩니다 .

그런 다음 신호 및 기준 전압에 사용하는 연산 증폭기 입력에 따라 반전 또는 비반전 출력을 생성할 수 있습니다. 위의 두 연산 증폭기 비교기 회로를 결합하여 창 비교기 회로를 생성함으로써 한 단계 더 나아가 음수 또는 양수 신호를 감지하는 아이디어를 취할 수 있습니다.

창 비교기

윈도우 비교기는 기본적으로 위의 반전 비교기와 비반전 비교기를 단일 비교기 단계로 결합한 것입니다. 윈도우 비교기는 전압이 미리 설정된 또는 고정된 전압 기준점보다 크거나 작은지 여부를 나타내는 대신 특정 대역 또는 전압 윈도우 내에 있는 입력 전압 레벨을 감지합니다.

이번에는 하나의 기준 전압 값만 갖는 대신 창 비교기에 한 쌍의 전압 비교기로 구현된 두 개의 기준 전압이 있습니다. 하나는 일부 상위 전압 임계값 V REF(UPPER) 감지 시 연산 증폭기 비교기를 트리거하고 다른 하나는 낮은 전압 임계값 레벨 V REF(LOWER) 감지 시 연산 증폭기 비교기를 트리거합니다 . 그런 다음 이 두 개의 상위 및 하위 기준 전압 사이의 전압 레벨을 "창"이라고 부르므로 그 이름이 붙습니다.

위의 전압 분배기 네트워크 아이디어를 사용하여 이제 R1 = R2 = R3 = R이 되도록 3개의 동일한 값 저항을 사용하면 그림과 같이 매우 간단한 창 비교기 회로를 만들 수 있습니다. 또한 저항 값이 모두 동일하므로 각 저항의 전압 강하는 공급 전압의 1/3인 1/3Vcc 에서도 동일합니다 . 따라서 이 간단한 윈도우 비교기 예제에서는 편의를 위해 상위 기준 전압을 2/3Vcc 로 설정 하고 하위 기준 전압을 1/3Vcc 로 설정할 수 있습니다 .

아래의 창 비교기 회로를 고려하십시오.

윈도우 비교기 회로

회로의 초기 스위칭 조건은 연산 증폭기 A 2 의 오픈 컬렉터 출력 " ON"(싱킹 전류) 과 함께 연산 증폭기 A 1 의 오픈 컬렉터 출력 "OFF"이므로 V OUT 은 0V와 같습니다.

V IN이 더 낮은 전압 레벨인 1/3Vcc 에 해당하는 V REF(LOWER) 보다 낮 으면 V OUT은 LOW가 됩니다. V IN 이 이 1/3Vcc 낮은 전압 레벨을 초과 하면 첫 번째 연산 증폭기 비교기가 이를 감지하고 오픈 컬렉터 출력을 HIGH로 전환합니다. 이는 두 연산 증폭기의 출력이 동시에 HIGH임을 의미합니다. 풀업 저항 R L 을 통해 전류가 흐르지 않으므로 V OUT 은 Vcc 와 같습니다 .

V IN이 계속 증가함에 따라 2/3Vcc 에서 더 높은 전압 레벨인 V REF(UPPER)를 통과합니다 . 이 시점에서 두 번째 연산 증폭기 비교기는 이를 감지하고 출력을 LOW로 전환하며 V OUT 은 0V와 동일해집니다.

그런 다음 V REF(UPPER) 와 V REF(LOWER) (이 예에서는 2/3Vccc – 1/3Vcc) 간의 차이가 양수 신호에 대한 스위칭 창을 생성합니다.

이제 VIN 이 최대값이고 Vcc 와 같다고 가정하자 . V IN이 감소 함에 따라 출력을 HIGH로 전환하는 두 번째 연산 증폭기 비교기의 상위 전압 레벨 V REF(UPPER)를 통과합니다. V IN이 계속 감소함에 따라 더 낮은 전압 레벨을 통과하고 첫 번째 연산 증폭기 비교기의 V REF(LOWER) 가 다시 한번 출력을 LOW로 전환합니다.

그러면 V REF(UPPER) 와 V REF(LOWER) 사이의 차이가 음수 신호에 대한 창을 생성합니다. 따라서 V IN이 두 연산 증폭기 비교기에 의해 설정된 상위 및 하위 기준 레벨 위 또는 아래를 통과할 때 출력 신호 V OUT 이 HIGH 또는 LOW가 된다는 것을 알 수 있습니다 .

이 간단한 예에서는 상위 트립 레벨을 2/3Vcc로 설정하고 하위 트립 레벨을 1/3Vcc로 설정했지만(3개의 동일한 값 저항기를 사용했기 때문에) 입력 임계값을 조정하여 선택한 값이 될 수 있습니다. 결과적으로 특정 애플리케이션에 맞게 창 너비를 사용자 정의할 수 있습니다.

듀얼 전원 공급 장치를 사용하고 상위 및 하위 트립 레벨을 ±10V로 설정하고 VIN 이 정현파라면 이 창 비교기 회로를 출력을 생성하는 사인파의 제로 크로싱 감지기로 사용할 수 있습니다. , 사인파가 0V 라인을 양에서 음으로 또는 음에서 양으로 교차할 때마다 HIGH 또는 LOW입니다.

우리는 공통 입력 신호를 사용하여 여러 개의 서로 다른 연산 증폭기 비교기를 함께 연결함으로써 전압 레벨을 더 많이 감지할 수 있지만, 각 비교기는 이제 공급 장치 전체에 걸쳐 친숙한 전압 분배기 네트워크에 의해 설정된 서로 다른 기준 전압을 사용합니다. . 아래의 전압 레벨 감지기 회로를 고려하십시오.

비교기 전압 레벨 검출기

위와 같이 전압 분배기 네트워크는 개별 연산 증폭기 비교기 회로에 대한 기준 전압 세트를 제공합니다. 4개의 기준 전압을 생성하려면 5개의 저항이 필요합니다. 하단 저항 쌍의 접합은 동일한 값 저항을 사용하여 공급 전압의 1/5인 1/5Vcc 인 기준 전압을 생성합니다 . 두 번째 쌍은 2/5Vcc , 세 번째 쌍은 3/5Vcc 등이며 이러한 기준 전압은 실제로 Vcc 인 5/5Vcc 방향으로 1/5 만큼 고정된 양만큼 증가합니다 .

공통 입력 전압이 증가함에 따라 각 연산 증폭기 비교기 회로의 출력이 차례로 전환되어 입력 전압이 증가함에 따라 하위 비교기 A4 부터 시작하여 A1 방향으로 위쪽으로 연결된 LED 가 꺼 집니다 . 따라서 전압 분배기 네트워크의 저항 값을 설정하면 비교기가 모든 전압 레벨을 감지하도록 구성할 수 있습니다. 전압 레벨 감지 및 표시 사용의 좋은 예 중 하나는 LED를 반전시키고 V CC 대신 0V(접지)에 연결하여 배터리 상태를 모니터하는 것입니다 .

또한 세트의 연산 증폭기 비교기 수를 늘리면 더 많은 트리거 포인트를 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 체인에 8개의 연산 증폭기 비교기가 있고 각 비교기의 출력을 8-3 라인 디지털 인코더에 공급한다면 매우 간단한 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 만들 수 있습니다. 아날로그 입력 신호를 3비트 이진 코드(0~7)로 변환합니다.

포지티브 피드백을 갖춘 연산 증폭기 비교기

여기서는 개방 루프 모드에서 비교기로 작동하도록 연산 증폭기를 구성할 수 있다는 점을 살펴보았으며, 입력 신호가 빠르게 변하거나 잡음이 너무 크지 않은 경우에는 괜찮습니다. 그러나 입력 신호 V IN 의 변화가 느리거나 전기적 잡음이 존재하는 경우 연산 증폭기 비교기는 입력 신호가 두 포화 상태 +Vcc 및 -Vcc 사이에서 앞뒤로 출력을 전환하면서 진동할 수 있습니다. 기준 전압, V REF 레벨. 이 문제를 극복하고 연산 증폭기의 진동을 방지하는 한 가지 방법은 비교기 주변에 긍정적인 피드백을 제공하는 것입니다.

이름에서 알 수 있듯이 포지티브 피드백은 피드백 양과 함께 두 개의 저항으로 설정된 전위 분배기를 통해 연산 증폭기의 비반전 입력과 위상이 같은 출력 신호의 일부 또는 일부를 피드백하는 기술입니다. 그들의 비율에 비례합니다.

연산 증폭기 비교기 주위에 포지티브 피드백을 사용한다는 것은 출력이 어느 레벨에서든 포화 상태로 트리거되면 출력이 원래 포화 지점으로 다시 전환되기 전에 입력 신호 V IN 에 상당한 변화가 있어야 함을 의미합니다. 두 스위칭 지점 사이의 이러한 차이를 히스테리시스 라고 하며 일반적으로 슈미트 트리거 회로라고 하는 것을 생성합니다. 아래의 반전 비교기 회로를 고려하십시오.

히스테리시스를 이용한 반전 연산 증폭기 비교기

위의 반전 비교기 회로의 경우 V IN 은 연산 증폭기의 반전 입력에 적용됩니다. 저항 R 1 및 R 2 는 비교기 전반에 걸쳐 전압 분배기 네트워크를 형성하여 비반전 입력에 나타나는 출력 전압의 일부로 포지티브 피드백을 제공합니다. 비반전 입력에 대한 피드백 양은 사용된 두 저항의 저항 비율에 의해 결정되며 다음과 같이 제공됩니다.

전압 분배기 방정식

여기서: β (베타)는 피드백 비율을 나타내는 데 사용될 수 있습니다.

입력 신호가 기준 전압( V IN  < V REF ) 보다 작으면 출력 전압은 HIGH( V OH ) 가 되고 양의 포화 전압과 같습니다. 출력이 HIGH이고 양수이므로 비반전 입력의 기준 전압 값은 대략 다음과 같습니다. +β*V( 상위 트립 포인트 또는 UTP라고 함).

입력 신호로서 V IN 이 증가하면 비반전 입력에서 이 상위 트립 포인트 전압 V UTP 레벨과 동일해집니다. 이로 인해 비교기 출력은 이전과 같이 LOW, V OL 및 음의 포화 전압과 동일해지는 상태로 변경됩니다.

그러나 이번에 차이점은 출력에서 ​​음의 포화 전압의 결과로 -β*V 와 같은 음의 전압이 이제 비반전 입력에 나타나기 때문에 두 번째 트립 포인트 전압 값이 생성된다는 점입니다. 그런 다음 입력 신호는 이제 전압 비교기 출력이 원래의 양의 상태로 변경되거나 다시 전환되도록 하한 트립 포인트(LTP)라고 하는 이 두 번째 전압 레벨 아래로 떨어져야 합니다.

따라서 출력 상태가 변경되면 비반전 입력의 기준 전압도 변경되어 두 개의 서로 다른 기준 전압 값과 두 개의 서로 다른 스위칭 지점이 생성되는 것을 볼 수 있습니다. 한 지점은 UTP( Upper Trip Point ) 라고 하고 , 다른 지점은 LTP( Lower Trip Point )라고 합니다. 이 두 트립 지점의 차이를 히스테리시스(Hysteresis) 라고 합니다 .

히스테리시스의 양은 비반전 입력으로 피드백되는 출력 전압의 피드백 비율인 β 에 의해 ​​결정됩니다. 포지티브 피드백의 장점은 결과 비교기 슈미트 트리거 회로가 잡음으로 인한 불규칙한 트리거링이나 히스테리시스 대역 내에서 느리게 변화하는 입력 신호에 영향을 받지 않아 연산 증폭기 비교기 출력이 한 번만 트리거되기 때문에 더 깨끗한 출력 신호를 생성한다는 것입니다.

따라서 양의 출력 전압의 경우 V REF  = +β*Vcc 이지만 음의 출력 전압의 경우 V REF  = -β*Vcc 입니다 . 그러면 전압 히스테리시스의 양은 다음과 같이 주어질 것이라고 말할 수 있습니다.

또한 다음과 같이 입력 및 기준 단자를 변경하여 히스테리시스가 내장된 비반전 연산 증폭기 비교기 회로를 생성할 수도 있습니다.

히스테리시스를 갖춘 비반전 연산 증폭기 비교기

히스테리시스 그래프의 화살표는 상부 및 하부 트립 지점에서의 전환 방향을 나타냅니다.

연산 증폭기 비교기 예 No1

연산 증폭기는 슈미트 트리거 회로를 생성하기 위해 포지티브 피드백과 함께 사용됩니다. 저항 R 1  = 10kΩ 이고 저항 R 2  = 90kΩ 인 경우, 연산 증폭기가 듀얼 ±10v 전원 에 연결된 경우 기준 전압의 상위 및 하위 스위칭 지점 값과 히스테리시스 폭은 어떻게 됩니까? 공급.

주어진 값: R 1  = 10kΩ , R 2  = 90kΩ . 전원 공급 장치 +Vcc = 10v 및 -Vcc = 10v .

피드백 비율

상위 전압 트립 포인트, V UTP

저전압 트립 포인트, V LTP

히스테리시스 폭:

그런 다음 기준 전압 V REF 는 출력이 한 레벨에서 다른 레벨로 포화됨에 따라 +1V 와 -1V 사이를 전환합니다 . 이 간단한 예를 통해 이 히스테리시스의 폭(총 2V ) 은 단순히 피드백 저항기 R1 및 R2 의 전압 분배기 비율을 조정하여 더 크거나 더 작게 만들 수 있다는 것을 알 수 있기를 바랍니다 .

전압 연산 증폭기 비교기

741과 같은 연산 증폭기를 기본 비교 회로로 사용할 수 있지만 이것의 문제는 연산 증폭기가 선형 동작에만 최적화되어 있다는 것입니다. 이는 입력 단자가 사실상 동일한 전압 레벨에 있고 출력 단계가 오랜 시간 동안 포화되지 않는 선형 출력 전압을 생성하도록 설계된 경우입니다. 또한 표준 연산 증폭기는 출력에서 ​​반전 입력까지 네거티브 피드백을 갖는 폐쇄 루프 애플리케이션에 사용되도록 설계되었습니다.

반면에 전용 전압 비교기는 입력 신호가 상대적으로 작은 양만큼 다를 때 매우 높은 이득으로 인해 높은 포화를 허용하는 비선형 장치입니다. 연산 증폭기 비교기와 전압 비교기의 차이점은 출력단에 있습니다. 표준 연산 증폭기는 선형 동작에 최적화된 출력단을 갖고 있는 반면, 전압 비교기의 출력단은 연속적인 포화 동작에 최적화되어 있기 때문입니다. 항상 하나의 공급 레일 또는 다른 공급 레일에 가깝고 그 사이에 있지 않도록 설계되었습니다.

LM311 단일 비교기, LM339 쿼드 비교기 또는 LM393 듀얼 차동 비교기와 같은 상용 비교기는 단일 또는 이중 전원에서 작동하는 표준 IC 패키지로 제공되는 전압 비교기입니다. 전압 비교기 출력단에 사용되는 트랜지스터는 일반적으로 스위칭 트랜지스터이기 때문에 이러한 전용 전압 비교기는 하나의 포화 상태에서 다른 포화 상태로 출력을 매우 빠르게 전환하는 목적으로만 설계되었습니다.

전압 비교기는 선형 입력 신호를 디지털 출력 신호로 변환하므로 일반적으로 공급 전압 또는 기준 전압이 다른 두 개의 서로 다른 전기 신호를 연결하는 데 사용됩니다. 결과적으로 전압 비교기의 출력단은 일반적으로 표시된 것처럼 실제 출력 전압이 아닌 개방 또는 폐쇄 상태를 갖는 단일 개방형 컬렉터(또는 드레인) 트랜지스터 스위치로 구성됩니다.

전압 연산 증폭기 비교 회로

여기서, 전압 비교기의 오픈 컬렉터 출력은 단일 출력을 전원 공급 장치로 높게 끌어올리는 단일 풀업 저항(및 표시용 LED)을 통해 전압 소스에 연결됩니다. 출력 스위치가 HIGH이면 높은 임피던스 경로가 생성되므로 V OUT  = Vcc 처럼 전류가 흐르지 않습니다 .

비교기가 상태를 변경하고 출력 스위치가 LOW이면 접지에 대한 낮은 임피던스 경로가 생성되고 전류가 풀업 저항(및 LED)을 통해 흐르므로 출력이 더 낮은 공급 레벨로 당겨지면서 자체적으로 전압 강하가 발생합니다. 이 경우에는 접지됩니다.

그러면 연산 증폭기 비교기와 전압 비교기의 회로도 기호 또는 내부 회로 사이에 거의 차이가 없음을 알 수 있습니다. 가장 큰 차이점은 오픈 컬렉터 또는 드레인 구성이 있는 출력단이 릴레이, 램프 등을 구동하는 데 유용하다는 점입니다. 출력에서 ​​트랜지스터를 구동하면 비교기 출력만 사용할 때보다 더 큰 스위칭 전류 용량을 허용합니다.

연산 증폭기 비교기 요약

연산 증폭기 비교기 에 대한 이 튜토리얼에서 우리는 비교기 회로가 기본적으로 피드백이 없는 연산 증폭기라는 것을 확인했습니다. 즉, 연산 증폭기는 개방 루프 구성에서 사용되며 입력 전압이 V IN 을 초과할 때 사전 설정된 기준 전압 V REF , 출력 상태가 변경됩니다.

연산 증폭기의 매우 높은 개방 루프 이득으로 인해 포지티브 피드백과 함께 사용하거나 피드백이 전혀 없는 경우에도 출력이 공급 레일로 포화되어 두 출력 전압의 상대 값에 따라 두 가지 출력 전압 중 하나를 생성합니다. 입력. 이 쌍안정 동작은 비선형적이며 연산 증폭기 비교기와 슈미트 트리거 회로의 기초를 형성합니다.

단일 LM311, 듀얼 LM393 또는 쿼드 LM339와 같은 전용 비교기의 출력단은 포화 영역에서 작동하도록 설계되어 이러한 전압 비교기 회로가 아날로그-디지털 변환기 애플리케이션 및 다양한 유형의 애플리케이션에 널리 사용될 수 있습니다. 전압 레벨 감지 회로.

개방 루프 비교기의 불규칙한 스위칭 동작은 비교기의 출력과 입력 사이에 포지티브 피드백을 추가하여 쉽게 극복할 수 있습니다. 포지티브 피드백의 경우 회로에는 두 개의 서로 다른 스위칭 지점인 UTP와 LTP 사이에서 출력 스위칭이 발생하는 히스테리시스가 있습니다.

연산 증폭기 창 비교기는 두 개의 연산 증폭기 비교기를 사용하여 두 개의 기준 전압을 사용하여 입력 전압이 특정 범위 또는 값 창 내에 있는지 여부를 나타내는 2상태 출력을 생성하는 일종의 전압 비교기 회로입니다. 상위 기준 전압과 하위 기준 전압.

연산 증폭기와 비교기는 유사해 보일 수 있지만 매우 다르며 연산 증폭기는 비교기로 사용될 수 있지만 전압 비교기는 비-증폭기 때문에 연산 증폭기로 사용할 수 없으므로 서로 다른 응용 분야에서 사용되도록 설계되었습니다. 선형 출력단.

우리는 이전 튜토리얼을 통해 연산 증폭기가 차동 아날로그 입력과 아날로그 출력을 갖춘 아날로그 장치이며 개방 루프 구성에서 작동하는 경우 출력이 비교기 출력처럼 작동한다는 것을 알고 있습니다. 그러나 표준 연산 증폭기 비교기보다 성능이 훨씬 뛰어난 전용 전압 비교기 (LM311, LM393, LM339)가 널리 사용되고 있습니다 .