Komparator

Ein Komparator ist typischerweise eine Schaltung mit Operationsverstärker. Ein Operationsverstärker eignet sich als Komparator im Bereich niedriger Frequenzen und hat die Eigenschaft von Kippschaltungen, die beim Über- oder Unterschreiten der Referenzspannung U_ref definierte Spannungswerte am Ausgang annehmen. Diese Spannungswerte sind durch die Betriebsspannung +U_B und -U_B vorgegeben. Wird die Referenzspannung U_ref an den positiven Eingang gelegt, so wird die Ausgangsspannung invertiert.

Für höhere Frequenzen kommen echte Komparatoren zum Einsatz, welche aus den selben Grundfunktionen bestehen, jedoch nur als Komparatoren und nicht auch noch als Verstärker arbeiten können. Wegen der hohen Verstärkung reagiert diese Schaltung schon bei kleinen Spannungsunterschieden am invertierenden und nichtinvertierenden Eingang. Bei normalen Operationsverstärkern springt die Ausgangsspannung nicht sofort von U_{a max} zu U_{a min} bzw. umgekehrt. Es tritt eine Verzögerung durch die Slew Rate und Erholzeit des Operationsverstärkers auf.
Für kürzere Verzögerungszeiten gibt es spezielle Komparatoren. Bei ihnen ist die Verstärkung und die Genauigkeit der Umschaltschwelle etwas geringer. Dafür eignen sie sich in der Regel zur Ansteuerung von Digitalschaltungen.

Die beiden Widerstände und die beiden Dioden sind nur dann notwendig, wenn die maximale Differenzspannung zwischen den Eingängen E₁ und E₂, gemäss Datenblatt, nicht gleich oder ähnlich groß sein darf, wie die maximale Spannung zwischen +U_B und -U_B. Bei sehr vielen Komparatoren und Operationsverstärker ist das jedoch der Fall. Auch beim alten LM741.

Beispiel: Eingangsspannung und Ausgangsspannung bei einem Komparator

Beispiel: Übertragungskennlinie bei einem Komparator

Komparator im professionellen Einsatz

Sobald es um den professionellen Einsatz von Komparatoren geht, schon bei etwas höheren Frequenz und hoher Flankensteilheit, muss ein echter Komparator eingesetzt werden. Das ist nichts anderes als ein Operationsverstärker ohne (interne) Frequenzgangkompensation. Die IC-interne Schaltung ist auch etwas einfacher. Was hier zählt, ist eine möglichst kurze Laufzeit.