回路の素101 051 ウィンドウ・コンパレータ

入力信号と2つの基準電圧を比較することができる

回路の素101 051 ウィンドウ・コンパレータ

回路図作成

基本的な構成

入力電圧を、2つのコンパレータで基準電圧と比較している
コンパレータの出力がオープンコレクタ（ONの場合は浮いて、OFFの場合はGND接続）の場合、
2つの出力を短絡して、プルアップ抵抗で釣ることで、アンド処理ができる

今回の場合、抵抗分圧で、閾値電圧を、下側を2V、上側を4Vにしている

応答性確認

シミュレーションを tranモード(デフォルト) で実行し、応答を見る

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

from PyLTSpice import RawRead

fig = plt.figure(figsize=(6, 3))
ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1)

fname = 'PrimaryCircuit5-051.raw'
LTR = RawRead(fname)
x     = LTR.get_trace('time').get_time_axis(0)

tmp1  = LTR.get_trace('V(vin+)').get_wave(0)
ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vin+')
tmp1  = LTR.get_trace('V(vout)').get_wave(0)
ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vout')

ax1.legend(); ax1.grid()
ax1.set_xlabel('[ms]'); ax1.set_ylabel('[V]')
ax1.set_ylim(-0.2, 5.2)

fig.tight_layout()

fig.savefig('PrimaryCircuit5-051_Graph1.png')

閾値電圧の　2V-4V の間の時だけ、出力が Hi になる

改良された回路1

コンパレータ（オペアンプ）をプッシュプル式に変更する

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

from PyLTSpice import RawRead

fig = plt.figure(figsize=(6, 3))
ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1)

fname = 'PrimaryCircuit5-051-2.raw'
LTR = RawRead(fname)
x     = LTR.get_trace('time').get_time_axis(0)

tmp1  = LTR.get_trace('V(vin+)').get_wave(0)
ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vin+')
tmp1  = LTR.get_trace('V(vout)').get_wave(0)
ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vout')

ax1.legend(); ax1.grid()
ax1.set_xlabel('[ms]'); ax1.set_ylabel('[V]')
ax1.set_ylim(-0.2, 5.2)

fig.tight_layout()

fig.savefig('PrimaryCircuit5-051_Graph2.png')

オペアンプの出力で、アンド処理ができないため、
片方がOFFの場合に、 Lo(0V) に下がり切らない

改良された回路2

コンパレータ（オペアンプ）がプッシュプル式の場合に、
ダイオードでアンド処理を追加する

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

from PyLTSpice import RawRead

fig = plt.figure(figsize=(6, 3))
ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1)

fname = 'PrimaryCircuit5-051-3.raw'
LTR = RawRead(fname)
x     = LTR.get_trace('time').get_time_axis(0)

tmp1  = LTR.get_trace('V(vin+)').get_wave(0)
ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vin+')
tmp1  = LTR.get_trace('V(vout)').get_wave(0)
ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vout')

ax1.legend(); ax1.grid()
ax1.set_xlabel('[ms]'); ax1.set_ylabel('[V]')
ax1.set_ylim(-0.2, 5.2)

fig.tight_layout()

fig.savefig('PrimaryCircuit5-051_Graph3.png')

ダイオードのアンド処理によって、Lo の電圧が、順方向電圧降下 ( $V_F$ = 0.6V) まで下がるようになる

改良された回路3

コンパレータ入力を逆にして、出力側もダイオードのオア処理に変更し、逆論理にする

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

from PyLTSpice import RawRead

fig = plt.figure(figsize=(6, 3))
ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1)

fname = 'PrimaryCircuit5-051-4.raw'
LTR = RawRead(fname)
x     = LTR.get_trace('time').get_time_axis(0)

tmp1  = LTR.get_trace('V(vin+)').get_wave(0)
ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vin+')
tmp1  = LTR.get_trace('V(vout)').get_wave(0)
ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vout')

ax1.legend(); ax1.grid()
ax1.set_xlabel('[ms]'); ax1.set_ylabel('[V]')
ax1.set_ylim(-0.2, 5.2)

fig.tight_layout()

fig.savefig('PrimaryCircuit5-051_Graph4.png')