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ウィンドウコンパレータ回路の解説

最終更新日さいしゅうこうしんび:2023-10-30

 ウィンドウコンパレータ回路は、入力が特定の電圧範囲内にあるかを検出する回路です。2つのコンパレータを用いて上限と下限をそれぞれ設定し、その下限~上限の範囲がウィンドウ(窓)となります。

基本回路

基本回路図

 上図がウィンドウコンパレータの回路図です。2 つのコンパレータを使用し、それぞれが上限、下限と比較しています。出力はオープンコレクタ[ドレイン]出力のコンパレータであればワイヤード OR ができますが、プッシュプル出力の場合、ダイオードを用いるか、AND ゲートを使用します。

 オープンコレクタ[ドレイン]は、出力トランジスタ[FET]がマイナス側にしかないため、L レベルのみ出力されます。プッシュプル出力は、H と L がどちらも出力されます。

 VU(upper の U)が上限電圧、VL(lower の L)が下限電圧になり、入力電圧 VIN がその範囲内にある場合、H レベルが出力されます(オープンコレクタ[ドレイン]の場合出力されない)。

 例えば、VU に 3 V 、VL に 1.5 V を設定した場合、VIN = 1.5 V ~ 3 V の範囲で H になります。

半固定抵抗器を用いる場合

 上の図は、それぞれの電圧入力に半固定抵抗器を使用した場合の説明です。この図を見ると範囲がわかりやすいと思います。


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実験してみた。

範囲内の場合、LED は消灯 範囲外の場合、LED は点灯

 上の 2 つの写真は、ブレッドボードに回路を構築し、半固定抵抗器で実験を行った様子です。コンパレータ IC には 2 回路入りの NJM2903D(日清紡マイクロデバイス社製)を使用しています。

 半固定抵抗器の位置に注意してください。上の写真では、入力電圧のボリュームが、下限と上限のボリュームで挟まれた範囲にあるため、H となり、LED が消灯しています。今回使用したコンパレータはオープンコレクタ出力なので、実際には H は出力されていません。下の写真では、少しわかりづらいですが、入力電圧のボリュームが範囲外になっているため、L となり LED が点灯しています。

ウィンドウコンパレータ回路の応用例

 以前、おもちゃ病院のボランティアへ行った際に頂いた「やってみよう!!エレクトロニクス工作」という本で紹介されている「「不快」「快適」を LED で表示する温・湿度計の製作」では、気温と湿度がそれぞれ「快適」の範囲にあることを検出するために、ウィンドウコンパレータ回路を使用しています。温度と湿度それぞれのウィンドウコンパレータを AND して快適信号にしています。

 一般的な応用例としては、信号レベルの調整時に、入力信号が適正レベル範囲内にあるかを検出するのに使用されます。


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