|
Met een vensterdiscriminator kunt u een spanning vergelijken met twee drempelspanningen. Ligt de spanning binnen de drempels, dan levert de schakeling een lage uitgang. Ligt de spanning buiten de drempels, dan levert de schakeling een hoge uitgang. |
Wat is een vensterdiscriminator?
Een dubbele comparator
Met de in het artikel 'De op-amp als comparator' besproken schakeling kunt u een spanning vergelijken met één referentie en een alarmsignaal opwekken als de spanning de referentiedrempel overschrijdt. Vaak hebt u echter behoefte aan een schakeling, die in staat is te controleren of een signaal binnen twee grenzen blijft. Kijk maar naar onderstaande figuur. Een willekeurig variërende spanning Uin wordt vergeleken met twee referenties +Uref en -Uref. Als de spanning groter wordt dan de ene referentie of kleiner dan de andere, dan moet een uitgangssignaal worden opgewekt. Zo'n schakeling noemt men een 'vensterdiscriminator'. Er zijn diverse mogelijkheden om zo'n schakeling te realiseren. De meeste maken gebruik van twee of drie operationele versterkers. Er bestaat echter een niet zo bekende schakeling, die genoegen neemt met slechts één op-amp en deze schakeling gaan we in dit artikel toelichten.
 |
| De werking van een vensterdiscriminator grafisch toegelicht. (© 2017 Jos Verstraten) |
Het schema is getekend in onderstaande figuur. De te vergelijken ingangsspanning wordt aan beide ingangen van de op-amp aangeboden via de weerstanden R1 en R2. De beide ingangen van de op-amp worden door middel van de dioden D1 en D2 en de weerstanden R3 en R4 ingesteld op kleine positieve en negatieve spanningen. Over de geleidende dioden vallen spanningen van ongeveer 0,5 V. De negatieve ingang van de op-amp wordt ingesteld op een positieve spanning van +0,5 V, de positieve ingang op een negatieve spanning van -0,5 V.
 |
| Het schema van een vensterdiscriminator met één op-amp. (© 2017 Jos Verstraten) |
Grafische verklaring van de werking
De werking van de schakeling gaan wij verklaren aan de hand van de grafieken in onderstaande figuur.
- Eerste voorbeeld:
U zet de ingangsspanning op nul volt. De uitgang van de comparator zal dan negatief zijn. De inverterende ingang van de op-amp is immers positiever dan de niet inverterende ingang en dit spanningsverschil wordt door de op-amp tienduizenden keren versterkt. - Tweede voorbeeld:
U laat de ingangsspanning langzaam stijgen. De ingangsspanning is door middel van twee spanningsdelers aangesloten op de op-amp. De stijgende spanning heeft geen invloed op de negatieve ingang. De geleidende diode D1 zorgt er immers voor dat de spanning constant blijft op +0,5 V. Anders zit het bij de positieve ingang. Deze staat ingesteld op -0,5 V. Het stijgen van de ingangsspanning heeft tot gevolg dat er een stroom gaat lopen door de serieschakeling van R2 en R4, waardoor de spanning op het knooppunt langzaam toeneemt. Bij een bepaalde waarde van Vin wordt de spanning op de positieve ingang gelijk aan +0,5 V. De spanning op deze ingang wordt even later groter dan de diodespanning op de negatieve ingang, de op-amp klapt om. De uitgang wordt positief. De grootte van de ingangsspanning, waarbij dit omklappen gebeurt, wordt bepaald door de verhouding tussen R2 en R4. Ook de grootte van de voedingsspanning speelt een rol. Conclusie: als de ingangsspanning groter wordt dan +5,75 V zal de uitgang van de comparator omklappen van -Ub naar +Ub. - Derde voorbeeld:
Omdat de schakeling symmetrisch is opgebouwd, zal het duidelijk zijn dat hetzelfde verhaal geldt voor negatieve ingangsspanningen. Nu blijft de spanning op de positieve ingang constant op de -0,5 V diodespanning en gaat de spanning op de negatieve ingang langzaam dalen. Als deze gelijk wordt aan -0,5 V klapt de schakeling om, ook nu wordt de uitgang positief.
 |
| Het verloop van de spanningen op de belangrijkste punten van de schakeling. (© 2017 Jos Verstraten) |
Experimenteer mee met deze cursus!
U kunt de experimenten die in deze cursus worden beschreven zélf uitvoeren.
Daarvoor moet u echter eerst onze 'analoge trainer' nabouwen.
De uitgebreide beschrijving van de zelfbouw van dit apparaat treft u aan op de onderstaande link:
Hobby-lab: bouw een analoge trainer
De vensterdiscriminator op uw experimenteerprint
U kunt de werking van de schakeling zélf op uw experimenteerprint controleren. Bouw de vensterdiscriminator op volgens onderstaand schema. Begin met een ingangsspanning van nul volt en laat deze spanning langzaam stijgen. Observeer met uw meter de spanning op de uitgang. Als u de spanning op de ingang nadien weer laat dalen zal, bij Uin kleiner dan 5,75 V, de comparator weer omschakelen naar zijn starttoestand. Laat vervolgens de ingangsspanning verder dalen tot een negatieve waarde van meer dan -5,75 V en observeer wat de uitgang doet.
 |
| De vensterdiscriminator op uw experimenteerprint. (© 2017 Jos Verstraten) |
Toepassingen
Oversturings-indicator
Met deze schakeling kunt u bijvoorbeeld een zeer eenvoudige oversturings-indicatie ontwerpen voor een eindversterker. Als u de uitgang van de op-amp, via een transistor, naar een LED stuurt en u berekent de waarden van de vier weerstanden zo dat de schakeling omklapt als het signaal over de luidspreker groter wordt dan noodzakelijk voor het opwekken van een bepaald maximaal vermogen, dan zal het LED'je gaan branden als de versterker overstuurd wordt.
Accuconditie-meter
Op dezelfde manier kunt u de schakeling gebruiken om de spanning over een accu te controleren. U berekent de weerstanden zo dat de twee omschakeldrempels gelijk zijn aan 12,4 V en 14,8 V. Als de spanning over de accu buiten deze drempels valt is er iets mis.
|
|