Ein Komparator (von engl. "compare" = vergleichen) ist eine Schaltung, die zwei Eingangsspannungen miteinander vergleicht. Abhängig davon, welche der beiden Spannungen größer ist, wird am Ausgang entweder ein logisches „High“ oder „Low“ geliefert.
Bei einer solchen elektronischen Komparator-Schaltung entsteht bei hinreichend großer Verstärkung ein rechteckförmiges (digitales) Ausgangssignal. Der Ausgangspegel ist davon abhängig, ob das Eingangssignal größer oder kleiner als das Vergleichssignal ist. Das Vergleichssignal selber kann eine feste oder einstellbare Spannung sein, oder auch das Signal eines Sensors. So könnte beispielsweise ein analoger Entfernungssensor benutzt werden, um ab einer bestimmten Entfernung, die über Poti einstellbar wäre, einen Roboter zum Abbremsen bewegt.
Komperatoren ähneln Operationsverstärkern, sind aber optimiert für Anwendungen ohne Rückkopplung und nicht als lineare Verstärker geeignet. Der Ausgang bei Komperatoren schaltet oft nur gegen GND, was auch als open-Collector-Ausgang bezeichnet wird. Der Ausgang muss dann mit einem Pullup-Widerstand versehen werden, um auch "High" ausgeben zu können. Gängige Komperator-ICs sind: LM311 (1-fach, schnell), LM393 (2 fach) , LM339 (4 fach).
Komparatoren können mit einer Hysterese versehen werden. Eine Hysterese sorgt dafür, dass der Komparator erst ab einer bestimmten Differenz der Eingangsspannungen seinen Ausgang umschaltet. Dies kann z.B. bei störungsbehafteten Signalen helfen, im Umschaltbereich des Komparators häufiges Schalten zu vermeiden. Außerdem wird sichergestellt, dass nur gültige Ausgangsspannungen (z.B. nur +5V oder GND, keine Spannungen dazwischen) anliegen können.
Einen Komparator mit Hysterese nennt man Schmitt-Trigger. Es gibt auch ICs, in denen "fertige" Schmitt-Trigger integriert sind, jedoch lassen sich dabei Schaltschwelle und Hysterese meist nicht nachträgtlich beeinflussen.
Eine Schaltung könnte beispielsweise wie folgt aussehen:
Die Schaltschwelle kann mit dem Potentiometer eingestellt werden. Das digitale Signal wird am Ausgang des Komparators abgegriffen. Die Hysterese wird hier im Wesentlichen von R3 und R5 festgelegt und beträgt hier etwa 50mV (bei 5V Betriebsspannung).
Manche Komparatoren vertragen nur eine geringe Differenzspannung am Eingang. Um diese Differenz zu begrenzen, werden zwei Dioden antiparallel zwischen die Eingänge geschaltet.
Weitere Anwendungsbeispiele für einen Komparator:
- Analog-Digital-Wandler
- Erzeugung vom PWM-Signalen
- Netzteil zur Regelung (Schaltregler)
- Triggerschaltungen
Siehe auch