-
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO
SANTIAGO MARIO
ESCUELA DE INGENIERA ELECTRNICA
EXTENSIN MATURN
Amplificadores Operacionales como
Comparadores
Profesor: Realizado por:
Ing. Daniel Porras Luis Betancourt C.I: 19.663.990
Materia:
Electrnica III
Lapso: 2015-I Seccin: V
Maturn, Julio de 2015
-
Comparador con amplificador operacional
Los comparadores son circuitos no lineales que, como su nombre
indica, sirven para
comparar dos seales (una de las cuales generalmente es una
tensin de referencia) y
determinar cul de ellas es mayor o menor.
La tensin de salida tiene dos estados (binaria) y se comporta
como un convertidor
analgico-digital de 1 bit.
Su utilizacin en las aplicaciones de generacin de seal,
deteccin, modulacin de seal,
etc, es muy importante y constituye un bloque analgico bsico en
muchos circuitos.
La funcin del comparador es comparar dos tensiones obtenindose
como resultado una
tensin alta (VOH) o baja (VOL).
En la figura 9.1.a se presenta el smbolo para representar
comparadores que es el mismo
que el utilizado para amplificadores operacionales. La operacin
de un comparador,
representado en la VTC de la figura 9.1.b, se puede expresar
como:
En el caso de que la tensin Vn est fijada a 0, entonces la
tensin de salida V0 = VOL o
V0 = VOH en funcin de si Vp < 0 o Vp >0, respectivamente.
El comparador acepta seales
analgicas a la entrada y proporciona seales binarias a la
salida. Este elemento constituye
un nexo de unin entre el mundo analgico y digital.
Los OAs pueden actuar como comparadores cuando la ganancia
diferencial en lazo abierto
sea alta (>10.000) y la velocidad no sea un factor
crtico.
-
Como ejemplo, el OA 741 se comporta como un elemento de entrada
lineal si la tensin de
entrada en modo diferencia est comprendida entre los valores 65V
< Vd < +65V.
Fuera de ese rango la etapa de salida del amplificador entra en
saturacin y puede
comportarse como comparador.
En la figura 9.2.a se muestra una aplicacin sencilla del OA 741
como comparador.
Elamplificador carece de realimentacin y la VTC de la figura
9.2.b indica que siempre que
Vi > VT, entonces la salida es baja, y viceversa, si Vi <
VT la salida es alta.
Los lmites alto y bajo de Vo son establecidos por las tensiones
de alimentacin; en este
caso 15V. La figura 9.2.c muestra un ejemplo del comportamiento
de este circuito a una
entrada Vianalgica.
Aunque los OAs funcionalmente pueden actuar como comparadores,
sus limitaciones hacen
que sean inservibles para muchas aplicaciones.
Tienen una limitacin en frecuencia importante, un slew-rate bajo
y unos retrasos tan
elevados que nicamente son vlidos a frecuencias bajas.
Adems, los OAs estn pensados para actuar como amplificadores e
incluyen tcnicas de
compensacin en frecuencia no necesarias cuando operan como
comparadores. A veces es
necesario aadir una circuitera adicional cuando los niveles de
tensin tienen que ser
compatibles con TTL, ECL o CMOS.
Por estas limitaciones, se han desarrollado comparadores
monolticos especialmente
concebidos para aplicaciones de comparacin.
El comparador no inversor
En este comparador la tensin de referencia se aplica a la
entrada inversora, y la seal a
detectar ser aplicada a la entrada no inversora. La tensin de
referencia puede ser positiva
o negativa.
-
- Si la seal a detectar tenga una tensin superior a la tensin de
referencia, la salida ser
una tensin igual a +Vsat (tensin de saturacin positiva).
- Si la seal de entrada tiene una tensin inferior a la seal de
referencia, la salida ser igual
a -Vsat (tensin de saturacin negativa).
El comparador inversor
En este comparador la tensin de referencia se aplica a la
entrada no inversora, y la seal a
detectar ser aplicada a la entrada inversora. La tensin de
referencia puede ser positiva o
negativa.
- Si la seal a detectar tenga una tensin superior a la tensin de
referencia, la salida ser
una tensin igual a -Vsat (tensin de saturacin negativa).
- Si la seal de entrada tiene una tensin inferior a la seal de
referencia, la salida ser igual
a +Vsat (tensin de saturacin positiva)
-
Usos y ejemplos.
En muchas ocasiones se utilizan amplificadores operacionales
como comparadores de
voltaje, que aunque hay circuitos integrados especiales para
dicho fin como el LM311 (1
comparador) y el LM339 (4 comparadores), muchas veces utilizamos
los operacionales
porque cada seccin realiza una funcin diferente, por ejemplo una
seccin amplifica el
voltaje, otra compara y las otras dos como preamplificadores de
audio.
Existen operacionales modernos con valores de "offset" muy bajos
y elevadsima
precisin. Hay que tomar en cuenta que los circuitos integrados
comparadores y los
amplificadores operacionales llevan conexiones de patillas
diferentes. Se presenta un
ejemplo del comparador LM358 en un circuito:
-
Pgina de una hoja de especificaciones (datasheet) de un
compardor.
-
Diseo y Simulacin de un Convertidor Analgico Digital tipo Flash
de 3 bits (ste estbasado en el uso de comparadores).
Explicacin del circuito Convertidor flash de 3-bits
Es un convertidor de tipo flash o paralelo, est formado por un
conjunto de comparadores
en los que la seal de entrada es comparada con voltajes de
referencia. Las salidas de
dichos comparadores son conectadas a un circuito codificador con
prioridad que produce
una salida binaria
Cuando el voltaje analgico a la entrada del convertidor supera
el voltaje de
referencia en cada comparador, la salida de estos se satura
positivamente. El codificador
genera entonces un nmero binario basado en la entrada activa de
mayor orden, ignorando
el resto de entradas activas. Los convertidores Flash no slo son
los ms simples en cuanto
a la teora de operacin sino que son adems los ms eficientes en
trminos de velocidad.
En las figuras restantes se mostrara el funcionamiento del
circuito en varia etapa.
-
100%
85%
-
57%
43%
-
34%
28%
-
24%
21%