Hobby-Elektronik: Komparator und Schmitt-Trigger mit Operationsverstärker
zu Bild 1: Beim Komparator wird eine Spannung am Eingang EIN (invertierenden Eingang Pin 2, Pin-Numerierung hier für Opamp 741 im 8 poligen DIL-Gehäuse) bezogen auf Ground GND mit der am nichtinvertierenden Eingang Pin 3 liegenden Spannung verglichen. Ist die Spannung an EIN kleiner als die Spannung an Pin3, so liegt der Ausgang Pin 6 des Opamps auf + Ub. Wird die Spannung an EIN größer als die Spannung an Pin 3, so schlägt die Spannung am Ausgang Pin 6 nach - Ub um wegen der voll wirksamen hohen Leerlaufverstärkung des Opamps. Das als Beispielbeschaltung des Ausgangs hier gezeigte Relais zieht an.
Der Umschalt-Schwellenwert kann mit R2 eingestellt werden. R1 ist in der Größe von ca. 10k bis einige 100k zu wählen. An den Komparatoreingang kann eine beliebige Spannungsquelle angeschlossen werden, z.B. auch wie im Bild angedeutet, ein Spannungsteiler R3, R4, wobei einer der beiden Widerstände (hier durch R4 angedeutet) ein Sensor, z.B. NTC- oder PTC-Widerstand für Temperatur oder LDR für Licht sein kann.
zu Bild 2: Ergänzt man die Komparatorschaltung um eine positive Rückkopplung (Mitkopplung) mittels R5 (R1 kann hier entfallen), so erhält man einen sogenannten Schmitt-Trigger, der im Prinzip das gleiche macht wie der Komparator, aber zufolge der Rückkopplung noch schlagartiger umschaltet. Er ist daher für besonders langsam oder gering veränderliche Spannungen an EIN gedacht. Der Schmitt-Trigger zeigt einen Hysterese-Effekt, d.h. das Umschalten in die beiden Richtungen erfolgt nicht genau bei der gleichen Eingangsspannung. Die Umschalt-Schwellenspannung hängt von R2, R5 ab. R5 ist in der Regel deutlich größer als R2 und sollte einige 10 kOhm gewählt werden.
zu beiden Bildern: Hat man nur kleine zu vergleichende Eingangsspannungen (um 0 Volt herum) und entsprechend niedrige Umschaltschwellen, so benötigt der Opamp (es gibt auch spezielle Komparator-ICs) die negative Betriebsspannung - Ub. Hat man hingegen größere (positive) Eingangsspannungen (man würde z.B. in Bild 1 R3, R4 etwa gleich groß wählen, so daß Uein ca. = 1/2 Ub ist) und eine Umschaltschwelle über ca. 4 Volt , so ist eine -Ub für zuverlässige Funktion nicht unbedingt erforderlich. Pin 4 ist dann mit GND zu verbinden. Selbstverständlich schaltet dann der Ausgang nur zwischen ca. GND und + Ub um. In Bild 2 ist dann R1 wie in Bild 1 einzufügen, um die Umschaltschwelle auf einen Wert von einigen Volt einstellen zu können.