1. Nguyên lý hoạt động của mạch so sánh

Mạch so sánh có chức năng so sánh hai điện áp đầu vào và đưa ra kết quả ở đầu ra dưới dạng mức điện áp cao hoặc thấp.

Đầu vào: Mạch có hai đầu vào: đầu vào không đảo (U^+) và đầu vào đảo (U^-).

Hoạt động:

Nếu điện áp tại đầu vào không đảo lớn hơn điện áp tại đầu vào đảo (U^+ > U^-): Đầu ra (U_{ra}) sẽ ở mức cao (xấp xỉ bằng điện áp nguồn dương +V_{CC}).

Nếu điện áp tại đầu vào không đảo nhỏ hơn điện áp tại đầu vào đảo (U^+ < U^-): Đầu ra (U_{ra}) sẽ ở mức thấp (xấp xỉ bằng điện áp nguồn âm -V_{EE} hoặc nối đất 0V).

Đặc điểm: Mạch so sánh thường hoạt động ở chế độ vòng hở (không có phản hồi), tận dụng hệ số khuếch đại cực lớn của Op-amp để tạo ra sự chuyển đổi trạng thái đầu ra dứt khoát ngay khi có sự chênh lệch nhỏ giữa hai đầu vào.

2. Ứng dụng của mạch so sánh trong đời sống

Mạch so sánh là "bộ não" của rất nhiều thiết bị tự động hóa đơn giản nhờ khả năng ra quyết định dựa trên ngưỡng điện áp.

Hệ thống chiếu sáng tự động: Kết hợp với cảm biến ánh sáng (quang điện trở). Khi trời tối, điện áp từ cảm biến thay đổi vượt qua ngưỡng so sánh, mạch sẽ kích hoạt đóng rơ-le để bật đèn đường hoặc đèn sân vườn.

Máy điều hòa và thiết bị ổn nhiệt: So sánh nhiệt độ hiện tại (từ cảm biến nhiệt) với nhiệt độ cài đặt. Nếu nhiệt độ phòng cao hơn mức cài đặt, mạch so sánh sẽ phát tín hiệu để khởi động máy nén làm lạnh.

Hệ thống báo cháy, báo khói: Khi nồng độ khói hoặc nhiệt độ vượt mức an toàn, điện áp đầu vào thay đổi làm mạch so sánh lật trạng thái, kích hoạt còi báo động.

Bộ chuyển đổi tín hiệu Tương tự sang Số (ADC): Đây là thành phần cốt lõi trong các mạch số, giúp chuyển các tín hiệu liên tục từ môi trường thành các bit dữ liệu mà máy tính có thể hiểu được.

Thiết bị kiểm tra mức pin: Các vạch báo pin trên điện thoại hay sạc dự phòng thực chất là các mạch so sánh các mức điện áp khác nhau của pin để hiển thị đèn LED tương ứng.

Mạch so sánh đóng vai trò rất quan trọng trong việc kết nối giữa thế giới vật lý (các đại lượng biến thiên) và các hệ thống điều khiển điện tử.

a) K= -R2/R1

K= -20/2 = -10

b) Uramax= | Kp | x Uvomax = 10 x 200 = 2000 mV= 2V