Tema 01E AO Comparador

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Tema 1E
Amplificadores Operacionales
COMPARADORES
Prof. A. Roldán Aranda
1º Ing. Informática
Características del A.O. real
I
• Tensiones de entrada limitadas por la alimentación
VCC
-
VV+
La tensión de las entradas no puede salirse
del rango fijado por la alimentación
VS
+
-VCC
-VCC
Zona
prohibida
0
Zona lineal
VCC
Zona
prohibida
Características del A.O. real
I
• Rango dinámico de la tensión de salida limitada por la alimentación
VS
VCC
VCC
≈2V
+
ud
VS
ud
-VCC
≈2V
-VCC
La tensión de la salida no puede superar la tensión de alimentación positiva ni bajar por
debajo de la de alimentación negativa.
VS
VCC
Para la resolución de problemas
usaremos la siguiente aproximación:
ud
-VCC
El A.O. como comparador
I
No hay realimentación positiva, la tensión diferencial no es nula
VCC
VV+
-
VS
+
 V cc

Vs = 
− V
cc

-VCC
V+ > V−
V+ < V−
VE
Comparador
Vcomp
VCC
-
VE
VS
Vcc
VS
+
Vcomp
-VCC
-Vcc
El A.O. como comparador
II
Comparador
VE
Vcomp
VCC
-
VE
Vcc
VS
+
Vcomp
-VCC
-Vcc
VS
Rebotes
Si hay ruido en la señal de entrada
¿Cómo evitar los rebotes?
El A.O. con realimentación POSITIVA I
Comparador con histéresis
VCC
VE
-
VE
+
-VCC
Vcomp
V comp
R1

V
·
 cc R + R
1
2

=

R1
V
·
−
cc

R1 + R2

Vcomp
VS
Vcc
VS
R2
R1
-Vcc
V s = V cc
V s = − V cc
Variar el nivel de comparación en función
de la salida.
El A.O. con realimentación POSITIVA II
Comparador con histéresis
Símbolos
R1
R1 + R2
Nivel de Histéresis
VS
VS
VE
VE
Comparadores/alarmas básicas
US
+UCC
+
UE
-
+UCC
+
+UCC
+
NIVEL
-UCC
-
NIVEL
US
+UCC
+UCC
+UCC
NIVEL
-UCC
+
+
-UCC
UE
-UCC
-UCC
+
UE
-
UE >NIVEL
-
US
NIVEL
US
UE
-UCC
UE >NIVEL
AMP.OP. versus Comparador
Algunos AO modifican su salida para trabajar en saturación con mayor eficiencia (ya no
se precisa un amplificador clase B). La etapa de salida se sustituye por un único transistor
(Salidas en Colector abierto o Drenador Abierto) 8 Hablaremos de comparadores
+UCC
+UCC
LM393
+
+
COMP
LM311
C
-UCC
Salida típica en colector abierto (p.e. LM393)
Saturado a negativo = transistor saturado
Saturado a positivo = transistor cortado
COMP
C
-
E
-UCC
Salida con emisor accesible (p.e. LM311)
Saturado a negativo = transistor saturado
Saturado a positivo = transistor cortado
Uso de los Comparadores
El uso de COMPARADORES facilita mucho el interfaz de diferentes cargas en incluso el
interfaz con sistemas digitales.
Veamos algunos ejemplos:
+5 V
+24 V
+UCC
+UCC
+U
+12 V
CC
+5 V
+
C
+
C
+
C
E
E
E
-UCC
-UCC
LÓGICA
-UCC
INTERFACE
BOCINA
INTERFACE
RELÉ
IMPORTANTE:
INTERFACE
DIGITAL
TTL
Los transistores de las salidas en colector abierto normalmente manejar corrientes y
tensiones superiores que las salidas normales. En todo caso, consultar los catálogos.
COMPARADORES ÚTILES: LM311 y LM393
LM311
LM393
COMP.: El problema de los ruidos
SEÑAL RUIDOSA ¡¡¡PROBLEMA!!!
SEÑAL
(T)
SEÑAL LIMPIA
NIVEL
(TMAX)
Salida
SEÑAL
(T)
NIVEL
(TMAX)
t
Salida
ALARMA
t
t
ALARMA
t
SOLUCIÓN
HISTÉRESIS
COMPARADORES CON HISTÉRESIS
US
+UCC
SEÑAL
(T)
N+∆
N
N-∆
N+∆
N-∆
UE
N
Salida
t
ALARMA
-UCC
+UCC
t
Eliminación de ruidos
mediante un comparador
con histéresis
US
N+∆
N-∆
N
UE
-UCC
Tipos de Comparadores con HISTÉRESIS
COMP. con HISTÉRESIS: Realización práctica I
Los ciclos de histéresis en comparadores se consiguen mediante la inclusión de
realimentación positiva
+UCC
+
UE
-
+UCC
+
R1
-UCC
+
-
US
US
N+∆
N-∆
N
UE
-UCC
R2
UB
R1
NIVEL( N ) = U B ⋅
R1 + R2
∆ = U CC ⋅
R2
R1 + R2
COMP. con HISTÉRESIS: Realización práctica II
Los ciclos de histéresis en comparadores se consiguen mediante la inclusión de
realimentación positiva
+UCC
US
+UCC
UB
+
R1
-UCC
+
-
US
N
-UCC
R2
+
UE
-
N+∆
N-∆
R1 + R2
NIVEL( N ) = U B ⋅
R1
R2
∆ = U CC ⋅
R1
UE
COMP. con HISTÉRESIS: vs. AMP. GANANCIA POSITIVA
R2
R1
+
UE
-
R2
R1
+
+
US
-
AMPLIFICADOR
DE GANANCIA POSITIVA
+
+
UE
-
-
+
US
-
COMPARADOR CON HISTÉRESIS
¡¡¡ CUIDADO !!!
Fijarse en la realimentación.
La aplicación es radicalmente distinta.
COMP. HIST. ASIMÉTRICO (SCHMITT TRIGGER)
Los comparadores con histéresis asimétricos son muy interesantes, sobretodo para eliminar
ruidos en entradas digitales. El comparador de Schmitt (Schmitt Trigger) es muy popular
para este propósito.
The Schmitt trigger was invented by US scientist Otto H. Schmitt in 1934
while he was still a graduate student.
+5
+5
+
UE
-
+5
US
+
+
R
Normalmente
es un comparador
-
5/3
US
+5
R
R
5/2
UE
NOTA:
Cambiando las resistencias se pueden fijar
los niveles de comparación en otro valor.
Puede tenerse en cuenta la caída de tensión
en el diodo (0.6 V)
COMP. DE VENTANA CON SALIDAS EN OPEN COL. I
+UCC
UMAX
US
+
-
UE
E1
UMIN
+
UMIN
-
US
+UCC
UMAX
UE
"WIRED-AND"
+UCC
E2
SÍMIL
COMPARADORES
TIPO LM311 ò LM393
S
E1
E2
E1
S
E2
PUERTA
LÓGICA
AND
COMP. DE VENTANA CON SALIDAS EN OPEN COL. II
+UCC
UMAX
US
+
UE
E1
UMIN
UMIN
+
US
+UCC
UMAX
UE
"WIRED-AND"
+UCC
E2
S
SÍMIL
E1
SOLO COMPARADORES TIPO LM311
(Colector y emisor accesible)
E2
E1
S
E2
PUERTA
LÓGICA
OR
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