Spannungskomparator-Schaltung: Aufbau und Test mit einem Dual-Op-Amp

Einführung

Ein Spannungskomparator ist ein fundamentaler Baustein der Analogelektronik, der es einer Schaltung ermöglicht zu entscheiden, welche von zwei Eingangsspannungen höher ist. In diesem Tutorial bauen Sie einen einfachen, praxisnahen Komparator mit einem einzelnen Dual-Operationsverstärker, beobachten das Ergebnis mit einer LED und erkunden praktische Anwendungen wie Windgeschwindigkeitsalarme.

Benötigte Bauteile und Materialien

• Operationsverstärker: Modell 1458 oder 353 (Radio Shack Katalog # 276‑038 / 900‑6298) – ein Dual-Op-Amp im 8-Pin-DIP-Gehäuse.
• Drei 6-V-Batterien (liefern 0 V bis +18 V Versorgungsrails).
• Zwei 10 kΩ Linear-Potentiometer (Radio Shack # 271‑1715).
• 1 × LED (Radio Shack # 276‑026 oder gleichwertig).
• 1 × 330 Ω Widerstand.
• 1 × 470 Ω Widerstand.

Die Verwendung eines Dual-Op-Amps ist Best Practice, auch wenn Ihr Design nur einen Kanal benötigt. Es spart Bauteile und hält Ihr Labor-Kit für zukünftige Projekte flexibel.

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Band 3, Kapitel 8: „Operationsverstärker“

Lernziele

• Verstehen, wie ein Op-Amp als Spannungskomparator funktioniert.
• Einen Komparatorschaltkreis aufbauen und seine Funktion visuell mit einer LED validieren.
• Realwelt-Szenarien erkunden, in denen Komparatoren unverzichtbar sind.

Schaltplan

Aufbauillustration

Funktionsweise des Komparators

Der Ausgang des Op-Amps sättigt entweder nahe der positiven Versorgung (+18 V) oder nahe Masse (0 V). Wenn der nicht-invertierende Eingang (+) eine höhere Spannung erhält als der invertierende Eingang (−), geht der Ausgang auf High und die LED leuchtet. Liegt am invertierenden Eingang die höhere Spannung, geht der Ausgang auf Low und die LED erlischt.

Für tiefere Einblicke schließen Sie Voltmeter an die beiden Eingangsklemmen an (bezogen auf Masse). Sie sehen die numerischen Werte ändern sich beim Drehen der Potentiometer, passend zum Ein-/Ausschaltzustand der LED.

Praxisbeispiel: Windgeschwindigkeitsalarm

Stellen Sie sich ein Anemometer vor, das Windgeschwindigkeit in eine proportionale Spannung umwandelt. Indem Sie dieses Signal in den nicht-invertierenden Eingang und eine feste Referenzspannung in den invertierenden Eingang einspeisen, kann der Komparator einen Starkwindalarm auslösen, wenn die Windgeschwindigkeit einen festgelegten Schwellenwert überschreitet.

Zugehöriges Arbeitsblatt

• Open-Loop OpAmp Circuits Worksheet