Komparator: kleiner, gleich, größer
Eine Spannung trifft eine Entscheidung
Ein Komparator vergleicht zwei Spannungen und wählt einen hohen oder niedrigen Ausgang. Die Referenzspannung ist der Vergleichswert; die Schwelle der Eingangspegel, bei dem die Entscheidung wechselt.
EXPERIMENTIERTISCH
Ändere die Schaltungseinstellungen, sage die Messwerte voraus und prüfe eine Aufgabe. Dies sind Lernmodelle; die Annahmen werden in jeder Lektion erklärt.
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Warum es funktioniert
Idealer nichtinvertierender Vergleich mit Ausgängen 0 V und 5 V. Gleichheit ergibt bewusst den niedrigen Ausgang. Offset, Rauschen, Verzögerung und Ausgangslast fehlen; dies ist kein bestimmter Chip.
Vin ist die Eingangsspannung, Vref die Referenz und Vout der Ausgang. Eingang + erhält Vin, Eingang − erhält Vref; die Zeichen beschreiben den Vergleich, keine elektrischen Ladungen. Bei Vin > Vref gilt Vout = 5 V, sonst Vout = 0 V. Die Differenz ΔV = Vin − Vref bestimmt den Zustand, ist aber nicht die Ausgangsspannung.
Schwierigkeit
Aufbauen · Aufbauen
Schalte mit Eingang 2 V und Referenz 2.5 V ein. Lies den niedrigen Ausgang 0 V ab.
Brauchst du einen Tipp?
Vin = 2 V; Vref = 2.5 V → Vout = 0 V
Erforschen · Die Grenze untersuchen
Lass die Referenz bei 2.5 V und stelle den Eingang auf genau 2.5 V. Entdecke die Gleichheitsregel des Modells: Ausgang 0 V.
Brauchst du einen Tipp?
Vin = Vref = 2.5 V → Vout = 0 V
Selbst lösen · Aufgabe lösen
Lass die Referenz bei 2.5 V und stelle den Eingang auf 3 V. Erzeuge den hohen Ausgang 5 V.
Brauchst du einen Tipp?
Vin = 3 V; Vref = 2.5 V → Vout = 5 V
Zusatzwissen und Schaltungsrezepte
Eine Spannung trifft eine Entscheidung
Stell dir einen Tanksensor vor, dessen Spannung mit dem Wasser steigt. Ein Komparator macht aus „wie viel?“ die Frage „über der gewählten Grenze?“. Mit der Referenz wählst du die Grenze, ohne den Sensor zu ändern. Der Tank ist ein Vergleich; der Versuch vergleicht nur Spannungen.
ΔV = Vin − Vref; Vin > Vref → Vout = 5 V; Vin ≤ Vref → Vout = 0 V
Die feste 5-V-Versorgung liefert die Ausgangsenergie. Die Eingänge wählen nur einen Zustand; eine kleine Differenz kann deshalb einen viel größeren Ausgangssprung auswählen.
Ein nützliches Muster
Eingänge von 2.6 V und 4 V ergeben bei Referenz 2.5 V denselben Ausgang 5 V. Der Komparator meldet die Seite der Grenze, nicht den Abstand zu ihr.
Außerhalb des Modells
Ein echter Eingang, der nahe der Schwelle schwankt, kann wiederholtes Umschalten erzeugen. Bei Gleichheit zählen Rauschen und kleine Offsets; die nächste Lektion gibt der Entscheidung ein Gedächtnis.
Eine typische Falle vermeiden
Gleiche Eingänge ergeben nach Modellregel 0 V. Das garantiert kein echter Komparator, und es bedeutet nicht „halbe Versorgung“.
Der Eingang bleibt 3 V, die Referenz steigt von 2.5 V auf 3.5 V. Der Ausgang…
- bleibt bei 5 V
- wechselt auf 0 V
- wird 3 V
Weiterlesen
Der Eingang liegt nun unter statt über der Referenz; der Vergleich ändert seine Entscheidung.
Aufbauen
Stelle Eingang 2 V und Referenz 2.5 V ein und schalte ein. Die negative Differenz wählt 0 V.
Vout = 0 V
Die Grenze untersuchen
Stelle Eingang 3 V und Referenz 2.5 V ein und schalte ein. Eine positive Differenz von 0.5 V wählt den ganzen Ausgang 5 V.
Vout = 5 V
Eine Größe ändern
Halte den Eingang bei 3 V. Verändere nur die Referenz von 2 V über 3 V zu 4 V. Finde die Grenze und gehe zurück: Dieser Komparator besitzt kein Gedächtnis.