비교기 (Comparator)

비교기는 쉽게 생각해서 negative feedback을 사용하지 않은 op-amp라고 생각.

그림 1과 같이 비교기는 보통 단전원을 사용하고, +전압입력과 -전압입력을 받습니다.

그리고 -보다 +입력전압이 크면 HIGH, 반대면 LOW로 출력하는 소자.

 

비교기의 동작 상태를 식으로 표현하면

 

A는 무한대에 가까운 매우 큰 상수라고 가정.

하지만, 비교기 출력에서 발생할 수 있는 가장 큰 전압의 크기는 전원 전압의 크기.

반대로 +보다 -입력전압이 크면, 음의 무한대라고 생각할 수 있음.

비교기 출력에서 발생할 수 있는 가장 작은 전압의 크기가 GND.

 

이렇게 비교기는 HIGH / LOW로 동작하여 MCU에서 디지털 입력으로 인식 가능.

비교기는 입력 전압 2개를 빠르게 판단하여 출력하기 때문에 빠른 응답속도를 요구하는 고장 진단에서 많이 사용.

시스템의 과온, 과전압, 과전류 등을 판단할 때 비교기를 사용.

 

대부분의 비교기 제품들은 IC 출력이 오픈 컬렉터 타입으로 되어 있음.

 

비교기 내부를 등가회로로 간단하게 표현하면 그림3과 같이 내부의 트랜지스터를 이용해서 표현할 수 있음.

+ 입력전압이 -입력전압보다 크면 출력이 OPEN, +입력전압이 -입력전압보다 작으면 0V 출력이 됩니다.

따라서 오픈 컬렉터 타입의 비교기 출력에는 풀업(Pull-up) 저항을 반드시 연결해야 함.

 

+입력전압과 -입력전압의 크기를 통해 비교기 출력을 발생시키다보니 입력전압이 서로 비슷할 때 전압이 노이즈 등에 흔들리게 되면 비교기의 출력 역시 HIGH와 LOW를 계속해서 반복하게 됨.

 

이를 해결하기 위해 히스테리시스 출력 특성을 가질 수 있게 설계할 수 있음.

 

자세한 내용은 추후에 더 공부하기로 함.