Tài liệu vật lí tổng hợp. Mạch so sánh

Khái niệm

Mạch so sánh (Comparator) là mạch điện dùng Op-Amp để so sánh hai điện áp.

👉 Nguyên lí hoạt động:

Một điện áp đưa vào đầu vào (+) hoặc (–) của Op-Amp

Điện áp còn lại thường là điện áp chuẩn (Vref)

Op-Amp làm việc không có hồi tiếp, nên khuếch đại rất lớn

👉 Kết quả ở đầu ra:

Nếu điện áp vào lớn hơn điện áp chuẩn → đầu ra lên mức cao (≈ +Vcc)

Nếu điện áp vào nhỏ hơn điện áp chuẩn → đầu ra xuống mức thấp (≈ –Vcc hoặc 0V)

👉 Ý nghĩa:

Đầu ra cho biết điện áp nào lớn hơn

Biến tín hiệu tương tự → tín hiệu số (0 hoặc 1)

👉 Ứng dụng:

Mạch báo mức (nhiệt độ, ánh sáng, pin yếu)

Mạch đóng/ngắt tự động

Mạch điều khiển và bảo vệ

Cấu tạo mạch so sánh

1. Khuếch đại thuật toán (Op-Amp)

- Là bộ phận trung tâm của mạch.

- Có hai đầu vào:

+ Đầu vào không đảo (+)

+ Đầu vào đảo (–)

- Dùng để so sánh hai điện áp đưa vào hai đầu này.

2. Nguồn điện nuôi

- Cung cấp năng lượng để Op-Amp hoạt động.

- Có thể là nguồn đối xứng (+V, –V) hoặc nguồn đơn tùy mạch.

- Giá trị nguồn quyết định mức điện áp đầu ra của mạch.

3. Điện áp vào (Uᵥ)

•Là điện áp cần đem đi so sánh.

•Được đưa vào một trong hai đầu vào của Op-Amp (đầu vào đảo hoặc không đảo).

•Giá trị của Uᵥ có thể thay đổi theo tín hiệu đo hoặc tín hiệu điều khiển.

•Uᵥ phản ánh đại lượng cần kiểm tra hoặc giám sát trong mạch.

4. Điện áp chuẩn (U𝑐)

•Là điện áp mốc dùng để làm căn cứ so sánh với điện áp vào.

•Có giá trị cố định hoặc có thể điều chỉnh được.

•Được đưa vào đầu vào còn lại của Op-Amp.

•U𝑐 quyết định ngưỡng chuyển trạng thái của mạch so sánh.

Ghi nhớ:

•Nếu Uᵥ > U𝑐 → điện áp ra ở mức cao.

•Nếu Uᵥ < U𝑐 → điện áp ra ở mức thấp.

Câu hỏi

Câu 1.

Mạch so sánh là mạch điện tử dùng để:

A. Khuếch đại công suất tín hiệu

B. So sánh điện áp vào với điện áp chuẩn

C. Biến đổi tín hiệu xoay chiều thành một chiều

D. Lọc nhiễu tín hiệu điện

Đáp án: B

Câu 2.

Trong mạch so sánh, khuếch đại thuật toán (Op-Amp) có đặc điểm nào sau đây?

A. Chỉ có một đầu vào

B. Có hai đầu vào và một đầu ra

C. Chỉ hoạt động khi có điện trở hồi tiếp

D. Không cần nguồn điện nuôi

Đáp án: B

Câu 3.

Nguồn điện nuôi trong mạch so sánh có vai trò:

A. Tạo điện áp chuẩn

B. So sánh các điện áp

C. Cung cấp năng lượng cho Op-Amp hoạt động

D. Điều chỉnh điện áp vào

Đáp án: C

Câu 4.

Điện áp chuẩn (U𝑐) trong mạch so sánh là:

A. Điện áp luôn thay đổi theo tín hiệu vào

B. Điện áp do Op-Amp tạo ra

C. Điện áp mốc dùng để so sánh với điện áp vào

D. Điện áp ở đầu ra của mạch

Đáp án: C

Câu 5.

Nguyên lí hoạt động của mạch so sánh là:

A. So sánh dòng điện vào và dòng điện ra

B. Khuếch đại điện áp vào nhiều lần

C. So sánh Uᵥ với U𝑐 để tạo điện áp ra ở mức cao hoặc thấp

D. Chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều

Đáp án: C