De eenvoudigst denkbare comparator is een differentiaalversterker met grote versterkingsfactor, die met "losse" transistoren of met een opamp kan zijn geconstrueerd (figuur 4.59). De uitgang van de opamp loopt vast tegen de positieve of negatieve voedingsspanning al naar gelang de polariteit van het spanningsverschil tussen de beide ingangen.

Figuur 4.59

Omdat de spanningsversterking in de meeste ge- vallen meer dan 100.000 maal bedraagt moeten de ingangsspanningen binnen een fractie van een millivolt aan elkaar gelijk zijn om te voorkomen dat de uitgang in verzadiging gaat. Hoewel we een "ordinaire" opamp als comparator kunnen gebruiken (en dat in de praktijk ook regelmatig zullen doen) zijn er speciale comparator-IC's in de handel. Enkele voorbeelden zijn de LM306, LM311, LM393, NE527 en TLC372. Deze IC's zijn voor een uiterst snelle responsie ontworpen en laten in dat opzicht gewone opamps ver achter zich. De high-speed comparator NE521 bijvoorbeeld bezit een slew-rate van enkele duizenden volt per µs. Overigens gebruiken we in verband met comparatoren niet de term "slew-rate", maar spreken we van "signaalvertraging versus ingangs-oversturing".

De uitgangsschakelingen van comparatoren zijn flexibeler dan die van opamps. Een gewone opamp bezit een balansuitgang met een bereik dat bijna gelijk is aan het voedingsspanningsbereik (:t13 V voor een 411 bij een voedingsspanning van :t15 V); een comparator beschikt daarentegen meestal over een "open-collector" uitgang met geaarde emitter. Door een extern "pull-up"- weerstandje aan te sluiten tussen de uitgang en een min of meer willekeurige spanning kunnen we de uitgang een bereik geven van bijvoorbeeld +5 V tot massa. Later zullen we zien dat logische schakelingen graag met goed gedefinieerde spanningsniveaus werken; het bovenstaande voor- beeld zou ideaal zijn om een 1TL-IC aan te sturen (1TL is een populair soort digitale logica). Figuur 4.60 toont het schema. De uitgang schakelt van +5 V naar massa wanneer het ingangssignaal negatief wordt. Dit is strikt genomen een voorbeeld van analoog -naar –digitaal -omzetting.

Figuur 4.60

Dit is het eerste voorbeeld wat we tegenkomen van een zogenaamde open-collectoruitgang; een heel gebruikelijke uitgangsconfiguratie in logische schakelingen, zoals we in hoofdstukken 1...4 van deel 2 zullen zien. U kunt de pull up weerstand desgewenst beschouwen als de externe collectorweerstand van een npn-uitgangstransistor. Omdat die transistor als een verzadigde schakelaar werkt is de waarde van de weerstand absoluut niet kritisch (meestal ergens tussen een paar honderd ohm en een paar duizend ohm). Kleinere weerstandswaarden leveren een hogere

schakelsnelheid op en een geringere gevoeligheid voor ruis, ten koste van een grotere vermogensdissipatie. Terzijde: hoewel ze een oppervlakkige gelijke- nis vertonen met opamps, worden comparatoren nooit tegengekoppeld omdat ze dan niet stabiel zijn (zie paragrafen 4.32...4.34). Meekoppeling wordt echter wel vaak toegepast, zoals u in de volgende paragraaf zult zien.

Enkele opmerkingen over Comparatoren

Knoop de volgende punten in uw oren: (a) omdat er geen sprake is van tegenkoppeling, wordt niet voldaan aan Gouden Regel I. De ingangen voeren niet dezelfde spanning. (b) Het ontbreken van tegenkoppeling betekent dat de (differentiële ) ingangsimpedantie niet wordt "gebootstrapped" tot de hoge waarde die kenmerkend is voor opampschakelingen.

Dit heeft tot gevolg dat het ingangssignaal een wisselende belasting en (geringe) ingangsstroom ziet op het moment dat de comparator omklapt; als de bronimpedantie te groot is kunnen er rare dingen gebeuren. ( c ) Sommige comparatoren bezitten slechts een beperkt ingangsspanningsbereik (soms niet meer dan t5 V).