Aplicaciones de comparación

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Un comparador es un componente electrónico que compara dos voltajes de entrada. Los comparadores están estrechamente relacionados con los amplificadores operacionales , pero un comparador está diseñado para operar con retroalimentación positiva y con su salida saturada en una línea de alimentación o en la otra. Un amplificador operacional puede ponerse en servicio como un comparador de bajo rendimiento si es necesario, pero su velocidad de respuesta se verá afectada.

Comparador

Artículo principal: Comparador

Salida biestable que indica cuál de las dos entradas tiene mayor voltaje. Es decir,

${\displaystyle V_{\text{out}}={\begin{cases}V_{{\text{S}}+}&{\text{if }}V_{1}>V_{2},\\V_{{\text{S}}-}&{\text{if }}V_{1}<V_{2},\\0&{\text{if }}V_{1}=V_{2},\end{cases}}}$

donde y son nominalmente los voltajes de suministro positivo y negativo (que no se muestran en el diagrama).${\displaystyle V_{{\text{S}}+}}$${\displaystyle V_{{\text{S}}-}}$

Detector de umbral

Diagrama de circuito para detector de umbral con histéresis

El detector de umbral con histéresis consta de un amplificador operacional y una serie de resistencias que proporcionan histéresis. ^{[1] : 5 [2] : 7 [3]} Como otros detectores, este dispositivo funciona como un interruptor de voltaje , pero con una diferencia importante. El estado de la salida del detector no se ve afectado directamente por el voltaje de entrada, sino por la caída de voltaje en sus terminales de entrada (aquí, denominado Va). De acuerdo con la Ley de la corriente de Kirchhoff , este valor depende tanto de Vin como del voltaje de salida del propio detector de umbral, ambos multiplicados por una relación de resistencia.

${\displaystyle V_{a}={R_{1} \over {R_{1}+R_{2}}}V_{in}+{R_{5} \over {R_{1}+R_{2}}}V_{THRout}}$

A diferencia del detector de cruce por cero, el detector con histéresis no cambia cuando Vin es cero, sino que la salida se convierte en Vsat + cuando Va se vuelve positiva y Vsat- cuando Va se vuelve negativa. Un examen más detallado de la ecuación de Va revela que Vin puede exceder cero (positivo o negativo) en una cierta magnitud antes de que la salida del detector cambie. Al ajustar el valor de R1, se puede aumentar o disminuir la magnitud de Vin que hará que el detector cambie. La histéresis es útil en varias aplicaciones. Tiene mejor inmunidad al ruido que el detector de nivel, por lo que se utiliza en circuitos de interfaz. Su retroalimentación positiva tiene una transición más rápida, por lo que se utiliza en aplicaciones de temporización como contadores de frecuencia. También se utiliza en multivibradores astable que se encuentran en instrumentos como generadores de funciones.

Detector de cruce por cero

Un detector de cruce por cero es un comparador con el nivel de referencia establecido en cero. Se utiliza para detectar los cruces por cero de las señales de CA. Puede fabricarse a partir de un amplificador operacional con un voltaje de entrada en su entrada positiva (ver diagrama de circuito) ^{[ aclaración necesaria ]} .

Cuando el voltaje de entrada es positivo, el voltaje de salida es un valor positivo, cuando el voltaje de entrada es negativo, el voltaje de salida es un valor negativo. La magnitud del voltaje de salida es una propiedad del amplificador operacional y su fuente de alimentación.

Las aplicaciones incluyen convertir una señal analógica en una forma adecuada para su uso en mediciones de frecuencia, en bucles de fase bloqueada o para controlar circuitos electrónicos de potencia que deben conmutar con una relación definida a una forma de onda de corriente alterna.

Este detector aprovecha la propiedad de que la frecuencia instantánea de una onda FM está dada aproximadamente por dónde está la diferencia de tiempo entre los cruces por cero adyacentes de la onda FM${\displaystyle f_{i}={\frac {\Delta t}{2}}}$${\displaystyle \Delta t}$

^[4]

Gatillo Schmitt

Artículo principal: gatillo Schmitt

Un multivibrador biestable implementado como comparador con histéresis .

En esta configuración, el voltaje de entrada se aplica a través del divisor de voltaje formado por y (que puede ser la resistencia interna de la fuente) a la entrada no inversora y la entrada inversora está conectada a tierra o referenciada. La curva de histéresis no es inversora y los umbrales de conmutación son donde se encuentra la mayor magnitud de salida del amplificador operacional.${\displaystyle {R_{1}}}$${\displaystyle {R_{2}}}$${\displaystyle \pm {\frac {R_{1}}{R_{2}}}V_{\text{sat}}}$${\displaystyle V_{\text{sat}}}$

Alternativamente, la fuente de entrada y la tierra pueden intercambiarse. Ahora el voltaje de entrada se aplica directamente a la entrada inversora y la entrada no inversora está conectada a tierra o referenciada. La curva de histéresis se invierte y los umbrales de conmutación son . Esta configuración se utiliza en el oscilador de relajación que se muestra a continuación.${\displaystyle \pm {\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}V_{\text{sat}}}$

Oscilador de relajación

Artículo principal: oscilador de relajación

Al usar una red RC para agregar retroalimentación negativa lenta al disparador Schmitt inversor , se forma un oscilador de relajación . La retroalimentación a través de la red RC hace que la salida del disparador Schmitt oscile en una onda cuadrada simétrica sin fin (es decir, el disparador Schmitt en esta configuración es un multivibrador astable ).

Referencias

1. "Nota de aplicación AN-49, Rev. A" (PDF) . Dispositivos analógicos . Consultado el 26 de agosto de 2017 .
2. Chaniotakis; Cory (2006). "MIT OCW: circuitos amplificadores operacionales: comparadores y retroalimentación positiva" (PDF) . Instituto de Tecnología de Massachusetts . Consultado el 26 de agosto de 2017 .
3. Kay, arte; Claycomb, Timothy (2014). "Comparador con diseño de referencia de histéresis" (PDF) . Texas Instruments . Consultado el 26 de agosto de 2017 .
4. Notas de aplicación de los productos de sonido Elliott : Comparadores y detectores de cruce por cero