COMPARADOR CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Transcripción

1 COMAADO CON AMLIFICADO OEACIONAL COMAADO INESO, COMAADO NO INESO Tenen como msón comparar una tensón arable con otra, normalmente constante, denomnada tensón de referenca, dándonos a la salda una tensón posta o negata. Se basan en hacer trabajar a saturacón los A.O. dando a la salda una tensón cc (caso deal). Exsten dos tpos báscos de comparadores: O sea que un Amplfcador Operaconal puede ser utlzado para determnar cual de dos señales en sus entradas es mayor. (se utlza como comparador). Basta con que una de estas señales sea lgeramente mayor para que cause que la salda del amplfcador operaconal sea máxma, ya sea posta (+sat) o negata (-sat). Esto se debe a que el operaconal se utlza en lazo aberto (tene gananca máxma) La gananca real de un amplfcador operaconal es de, o más y la fórmula de la señal de salda es: out = AOL ( ) Donde: - out = tensón de salda - AOL = gananca de amplfcador operaconal en lazo aberto (, o más) - y = tensones de entrada (las que se comparan) out no puede exceder la tensón de saturacón del amplfcador operaconal, sea esta saturacón negata o posta. (Normalmente este alor es unos oltos menos que el alor de la fuente ( + ó - ) Del gráfco se e que el alor de la entrada en es mayor que la de (que se utlza como referenca y tene un alor fjo), hasta que en un momento t, camba y ahora es menor que. Como está conectado a la entrada no nersora del operaconal, la salda (out) está en saturacón posta, hasta que llega a t, en donde la salda ahora está en saturacón negata. COMAADO NO INESO En este comparador la tensón de referenca se aplca a la entrada nersora, y la señal a detectar será aplcada a la entrada no nersora. La tensón de referenca puede ser posta o negata Ing. Santago Bueso oja /8

2 - S la señal a detectar tenga una tensón superor a la tensón de referenca, la salda será una tensón gual a +sat (tensón de saturacón posta). - S la señal de entrada tene una tensón nferor a la señal de referenca, la salda será gual a -sat (tensón de saturacón negata) COMAADO INESO En este comparador la tensón de referenca se aplca a la entrada no nersora, y la señal a detectar será aplcada a la entrada nersora. La tensón de referenca puede ser posta o negata - S la señal a detectar tenga una tensón superor a la tensón de referenca, la salda será una tensón gual a -sat (tensón de saturacón negata). - S la señal de entrada tene una tensón nferor a la señal de referenca, la salda será gual a +sat (tensón de saturacón posta) EJECICIOS. Un comparador de oltaje usa un LM7 y la entrada no nersora es conectada a un oltaje de 5., dbujar el crcuto y la forma de onda de salda sncronzada con una onda senodal de pp aplcada a la entrada nersora. El oltaje de las fuentes son ±.. Un comparador de oltaje usa un LM7 y la entrada nersora es conectada a un oltaje de 5. medante un Zener que proporcona la tensón. Dbujar el crcuto y la forma de onda de oja /8 Ing. Santago Bueso

3 salda sncronzada con una onda senodal de 7p aplcada a la entrada no nersora. El oltaje de las fuentes son ±5. 3. ealzar el crcuto de un detector de cruce por cero (una de las entradas recbe una señal arable en el tempo, por ejemplo una señal trangular, y la otra entrada es conectada a masa) y dbujar las formas de ondas.. ara las sguentes confguracones de comparadores dbujar la tensón de salda cuando la tensón de comparacón () es una señal trangular de ± 5 de alor de pco y Kz de frecuenca; y la tensón de referenca es una tensón contnua de,5. o o El LM35 es un sensor de temperatura que entrega una señal de tensón de salda lnealmente proporconalmente a la temperatura sensada. La señal de salda del LM35 tene una aracón de (m/ºc). Dseñar un crcuto de control de temperatura que cuando la msma supere los ºC, se apague un conmutador (elé) y cuando la temperatura sea menor a 5ºC, se encenda el conmutador. 6. Las LD (esstencas Dependente de la LUZ) o Fotorresstencas, son componentes electróncos que como su nombre lo ndca, ara su alor ohmco de acuerdo al nel de luz al que están expuestas. Su símbolo y cura característca son las sguentes: Los alores de una fotorresstenca cuando está totalmente lumnada y cuando está totalmente a oscuras arían y puede aler de 5 ohmos a ohmos (K) en lumnacón total y 5K (5. Ohms) a aros megaohmos cuando está a oscuras. Dseñar un crcuto (Fotocélula) con amplfcadores operaconales que cumpla: A) Cuando la lumnacón natural en cualquer ambente no sea la adecuada, el crcuto debe ender una lámpara ncandeste de W. B) El crcuto debe ser portátl y almentado con una batería de 9. Debe haber un potencómetro de ajuste de sensbldad de la fotocélula. Ing. Santago Bueso oja 3/8

4 COMAADO CON ISTÉESIS Consderemos el sguente crcuto comparador Detector de cruce por cero nersor. Fg : Salda del comparador con una señal (t) sn rudo montado a esta. Fg : Salda del comparador con una señal (t) con una señal de rudo montada sobre esta. En este crcuto (detector de cruce por cero nersor), obseramos en la fgura que la deteccón del cero se produce en el lugar esperado ( =), producendo solo un estado a la salda del comparador cuando se produce la conmutacón. Sn embargo, en la fgura emos que la deteccón del cruce por cero de la tensón de entrada (t) es errónea, ya que la msma tene montada una señal de rudo, cuya ampltud y frecuenca modfca consderablemente los puntos de conmutacón. Es así que cerca del cero de la tensón (t) se producrán múltples conmutacones en la tensón de salda del comparador. Este nconenente es muy mportante de etar, ya que los falsos dsparos en la salda del comparador podrían ocasonar un funconamento perjudcal en las etapas de salda conectadas al comparador. ara soluconar este problema se utlza el comparador con hstéress. Este es un crcuto con realmentacón posta que se utlza en el caso en que la señal de entrada (t) a comparar esté acompañada de una señal de rudo. COMAADO CON ISTÉESIS INESO: El crcuto de este comparador y su funconamento se descrben a contnuacón. Funconamento: Como sabemos, un comparador coteja las tensones que ngresan en las entradas nersora (-) y no nersora (+) del amplfcador operaconal. La tensón que ngresa en la entrada nersora del OAM es la señal de entrada (t). La tensón que ngresa en la entrada no nersora del OAM es la tensón en el punto, o sea en la resstenca. Esta tensón resulta de la realmentacón de la tensón de salda o a la entrada del amplfcador, la cual se atenúa medante un dsor de tensón formado por y. La tensón en el punto esta dada por: = ± ó = ±β con β = + + oja /8 Ing. Santago Bueso

5 En la expresón anteror, sat es la tensón de salda del OAM cuando este esta saturado. ± sat ±cc,5() S consderamos que la tensón de salda del OAM es =+, entonces la tensón de referenca en el punto será =+β., por lo tanto la tensón de entrada (t) debe ncrementarse un alor lgeramente mayor que +β. para conmutar la tensón de salda del OAM de + a -. Una ez que la salda está en el estado negato, permanecerá en ese estado hasta que la tensón de entrada (t) sea más negata que el alor de tensón =-β.. En este caso, la tensón de salda del OAM conmuta de - a +. La cura característca para este comparador se muestra a contnuacón: Los puntos de conmutacón son: = + β. = β. en donde: β = + La dferenca entre los puntos de conmutacón es lo que se denomna Tensón de stéress. = = +β. ( β. ) = β. = β. La realmentacón posta ocasona la hstéress. S no hubese realmentacón, β= (lo que ocurre cuando = ó ) la hstéress desaparecerá ya que los puntos de conmutacón serían ambos smlares e guales a cero, quedando el crcuto como un crcuto comparador detector de cruce por cero nersor. ara etar que la tensón de rudo ocasone falsos dsparos debe cumplrse que: ˆ rudo < En esta confguracón, s se elje correctamente el alor de la tensón de hstéress, se eta conmutacones múltples a la salda del comparador de tensón. La desentaja de este crcuto es que se produce el desplazamento del punto de comparacón, lo que puede soluconarse selecconando adecuadamente el alor del punto de conmutacón. DESLAZAMIENTO DEL UNTO DE CONMUTACIÓN: ara desplazar el punto de conmutacón en un comparador con hstéress nersor, se utlza el sguente crcuto: Sguendo con la metodología empleada para el cálculo de los puntos de conmutacón, calculamos el alor de la tensón p. El modelo crcutal que utlzamos se muestra en la fgura sguente: Ing. Santago Bueso oja 5/8

6 Entonces, la tensón p la podemos calcular como: en donde s = + I = De acuerdo a la LK, la ecuacón de malla es: + I ( + ) + = De donde: I = β =, podemos escrbr: = ( ) + Así, s la tensón de salda del OAM es =± sat, los puntos de conmutacón serán: S =+ sat = ( + ) = ( ) S =- sat = ( ) = β ( + ) Con lo cual la cura característca será: La tensón de hstéress es para este crcuto: = = β ( + ) ( ( )) = β = = β esumendo, el crcuto y las ecuacones de dseño para un comparador nersor con hstéress, con desplazamento del punto de conmutacón, son: ( ) + = β ( ) = = = β β = + oja 6/8 Ing. Santago Bueso

7 COMAADO CON ISTÉESIS NO INESO: El crcuto de este comparador y su funconamento se descrben a contnuacón. La ecuacón de nodo en el punto es: + = + = + = + y ( ) = ara analzar el comportamento del crcuto debemos comparar las tensones en ambas entradas del OAM. S (+) > (-) (+) > ; entonces =+. ara que esto se cumpla se debe cumplr que: + > > > β donde β = S (+) < (-) (+) < ; entonces =-. ara que esto suceda debe cumplrse que: + < < β donde β = Tenendo en cuenta lo anteror, la cura característca es: Los puntos de conmutacón son: = + β. = β. en donde: β = La tensón de hstéress es en este caso: = = β DESLAZAMIENTO DEL UNTO DE CONMUTACIÓN: ara lograr esto se utlza el sguente crcuto: ref 3 (+) (-) + _ + cc - cc Ing. Santago Bueso oja 7/8

8 La tensón que ngresa en la pata nersora del OAM está dada por: ( ) = ref + La tensón en el punto es: + = + = + ara analzar el comportamento del crcuto, comparamos las tensones en ambas entradas del OAM. S (+) > (-) > ref ; entonces =+. Esto se cumple cuando: > ref con = = S β = y = ref, se puede demostrar que la condcón para este estado es: > ( ) S (+) < (-) < ref ( ) < 3 + puede demostrar que la condcón en este caso es: ( ) < + A partr de lo anteror, podemos escrbr las tensones de conmutacón como: La cura característca para este caso es: + ; entonces =-. Con lo cual se ( ) + = ( ) = La tensón de hstéress es en este caso: = = ( + ) ( ( )) = β = = β oja 8/8 Ing. Santago Bueso