Comparadores Comparadores
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Comparadores José Gómez Quiñones Comparadores • La utilización del OpAmp como comparador es una de las funciones más importantes del dispositivo en instrumentación Electrónica • Los comparadores son dispositivos que se saturan activando una señal de salida al sobrepasar una señal de entrada determinada • Idealmente la salida debería “brincar” instantáneamente, sin embargo debido a efectos capacitivos propios del circuito, están limitados en velocidad (tip. 40µS). Esta velocidad o tiempo de respuesta (también conocido como retardo de propagacion, tPD) José Gómez Quiñones 1 Comparadores • La exactitud de un comparador es la diferencia de voltaje requerida entre la entrada y la referencia que provoque que la salida cambie su estado, de un nivel de saturación a otro José Gómez Quiñones Pulso • tr=VSAT/SR tR tF tS T José Gómez Quiñones 2 Comparador Simple 2 V- 11 -Vdc - 3 v out + 4 v in 1 V+ OUT +Vdc José Gómez Quiñones Curva característica +Vsat Vout Vin -Vsat José Gómez Quiñones 3 Comparador No-Inversor v ref 2 - V- 11 -Vdc 3 + v out 4 v in 1 V+ OUT +Vdc José Gómez Quiñones Característica Vref>0 Vout +Vsat Vref Vin -Vsat José Gómez Quiñones 4 Característica Vref<0 +Vsat -Vref Vin -Vsat José Gómez Quiñones Una aplicación simple 15.00V V1 V3 5 3 + OS1 - V- OUT 2 OS2 + OS1 2 3.988V LM741/NS 5 -13.56V R6 V 1k OS2 1 6 5 -13.56V R7 V 1k U3 3 + V+ 1k 7 4 R4 V- OUT OS1 U2 3 + OS2 R2 1k U1 3 0V OS1 + V- OS2 OS1 R1 Implementation = vx 1k 991.7mV LM741/NS -13.56V R8 V 1 6 5 -13.56V R9 V 1k OS2 1 6 5 -13.56V R10 V 1k 4 2 V- OUT V8 5 7 4 1.986V LM741/NS V+ - 6 1k OUT 2 1 7 4 1k V+ 2 2.984V LM741/NS R3 V- OUT 0V V2 6 74 U4 3 V+ 1k -15 1 LM741/NS R5 S Medidor de Nivel 7 U5 5.000V V+ 15 -15.00V 0 José Gómez Quiñones 5 José Gómez Quiñones Bar Graph Meter José Gómez Quiñones 6 Comparador Inversor v in 2 - V- 11 -Vdc + v out 4 v ref 3 1 V+ OUT +Vdc José Gómez Quiñones Característica Vref>0 +Vsat +Vref Vin -Vsat José Gómez Quiñones 7 Característica Vref<0 +Vsat -Vref Vin -Vsat José Gómez Quiñones Comparador No-Inversor de cruce variable R1 Vref - OUT 3 + 1 vout 4 R2 vin V- 2 V+ R1||R2 11 -Vdc +Vdc José Gómez Quiñones 8 Condición de equilibrio ¿En dónde conmuta a saturación? Aplicando Superposición V (+) = Vref R2 R1 + Vin R1 + R2 R1 + R2 Como V(+)=V(-)=0 R2 R1 + Vin R1 + R2 R1 + R2 0 = Vref Finalmente: − Vref R1 = Vin R2 José Gómez Quiñones Característica Vref<0 Vout +Vsat -Vref*R2/R1 Vin -Vsat José Gómez Quiñones 9 José Gómez Quiñones Característica Vref>0 Vout +Vsat -Vref*R2/R1 Vin -Vsat José Gómez Quiñones 10 José Gómez Quiñones Comparador Inversor de cruce variable R1 Vref V- - OUT 3 + 1 v out V+ R1||R2 2 4 R2 v in 11 +Vdc +Vdc José Gómez Quiñones 11 Característica Vref>0 +Vsat -Vref*R2/R1 Vin -Vsat José Gómez Quiñones José Gómez Quiñones 12 Característica Vref<0 +Vsat -Vref*R2/R1 Vin -Vsat José Gómez Quiñones José Gómez Quiñones 13 Schmitt-Triggers José Gómez Quiñones Comparador Schmitt Trigger • Un comparador Schmitt Trigger implementa un comportamiento de Histérisis que permite tomar decisiones de acuerdo a estados pasados. Puede verse a un comparador de este tipo como un dispositivo con memoria. • Son ideales para el control de procesos de enfriamiento o calentamiento José Gómez Quiñones 14 Curva de Histérisis VOH VOH=+VSAT VOL=-VSAT VTH=Voltage Threshold High VTL=Voltage Threshold Low Vin VTH VTL VOL José Gómez Quiñones Circuito de Histérisis No Inversor v in V- - OUT 3 + 1 v out V+ R1 2 4 R1||R2 11 -VCC +VCC R2 José Gómez Quiñones 15 Curva Característica VOH VTH = VOH VTL = VOL VTL VTH VOL R1 R2 R1 R2 Vin José Gómez Quiñones Señal de salida Señal de entrada José Gómez Quiñones 16 Circuito de Histérisis Inversor - OUT 3 + 1 v out 4 R1 2 V- v in V+ R1||R2 11 -VCC +VCC R2 José Gómez Quiñones Curva Característica VOH VTH = VOH VTL = VOL VTL VTH VOL R1 R1 + R2 R1 R1 + R2 Vin José Gómez Quiñones 17 Circuito de Histérisis Inversor con Ajuste vref - OUT 3 + 1 vout 4 R1 2 V- vin V+ R1||R2 11 -VCC +VCC R2 José Gómez Quiñones Curva Característica VOH VTL VC VTH Vin VOL José Gómez Quiñones 18 Curva Característica VTH = R1 R2 VOH + VREF R1 + R2 R1 + R2 VTL = R1 R2 VOL + VREF R1 + R2 R1 + R2 ⎛ R2 ⎞ ⎟⎟VREF VC = ⎜⎜ ⎝ R1 + R2 ⎠ José Gómez Quiñones Circuito de Histérisis No Inversor con Ajuste R1 vin - V- 2 OUT 3 + 1 vout V+ vref 4 R1||R2 11 -VCC +VCC R2 José Gómez Quiñones 19 Curva Característica VOH VTL VC VTH Vin VOL José Gómez Quiñones ⎛ R1 ⎞ R1 VTH = VOH + ⎜⎜1 + ⎟⎟VREF R2 ⎝ R2 ⎠ ⎛ R1 ⎞ R1 VTL = VOL + ⎜⎜1 + ⎟⎟VREF R2 ⎝ R2 ⎠ ⎛ R1 ⎞ VC = ⎜⎜1 + ⎟⎟VREF ⎝ R2 ⎠ José Gómez Quiñones 20 Circuito de Histérisis Inversor con Offset +VCC R3>>R4 R4<<R3+(R1||R2) R4 V(+) 3 + V+ 4 R2 - v out 11 v in 1 V- OUT 2 R3 R1 José Gómez Quiñones Curva Característica Vout VOH VTL VTH Vin José Gómez Quiñones 21 Límites VTL = R1 || R3 VCC ( R1 || R3 ) + R2 VTH = R1 VCC R1 + ( R2 || R3 ) 1 VTL = R2 VCC − VTL ⎛1 1 ⎞ ⎜⎜ + ⎟⎟ ⎝ R1 R3 ⎠ 1 VCC − VTH = R1 VTH ⎛ 1 1 ⎞ ⎜⎜ + ⎟⎟ ⎝ R2 R3 ⎠ José Gómez Quiñones Circuito de Histérisis No Inversor con Offset +VCC R5<<R3+R4 R5 R3 3 + 2 R1 - 1 vout V- OUT 11 vin V+ 4 R2 R4 José Gómez Quiñones 22 Curva Característica Vout VOH VTL VTH VOL Vin José Gómez Quiñones R3 VTH − VTL = R4 VCC R2 VCC − VTL = R1 VTH José Gómez Quiñones 23 LM 311 +VCC Es uno de los comparadores más utilizados, maneja un volotaje de alimentación de ±30V y un voltaje de entrada en el rango de ±15V. Vx + R pull up 10k LM311 Vout Una de sus principales ventajas es su salida de colector abierto, que permite un voltaje de salida distinto al de alimentación - -VCC José Gómez Quiñones El Comparador LM311 José Gómez Quiñones 24 +VCC +VCC Vx Vx + + R pull up R pull up 10k 10k LM311 LM311 Vout Vout - - -VCC -VCC V+>V- → V+<V- → Vout ≈ Vx Vout ≈ 0V Si V+>V- El transistor está abierto José Gómez Quiñones Detector de Ventana +VCC VOH VTH + R pull up 10k El OpAmp debe tener una salida del tipo Colector Común. (LM339) - -VCC Vin +VCC Vout + VTL - -VCC José Gómez Quiñones 25 Curva Característica VOH VTL VTH Vin José Gómez Quiñones Simulación con VTH=3V VTL=1.5 Vin= 4 sen 377t+1V José Gómez Quiñones 26 Salida Monopolar +VCC Vx 5 6 8 R 2 Vin 3 Vdc + 7 Vout 4 1 LM111 José Gómez Quiñones Salida Bipolar +VCC +Vx 5 6 8 R Vdc 2 3 + 7 Vout LM111 4 1 Vin -Vx -VCC José Gómez Quiñones 27 Simulación José Gómez Quiñones 28
