CIRCUITOS COMPARADORES DE TENSION

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María del Rosario Aguirre Sevilla
hace 6 años
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1 CAPITULO IV CICUITOS COMPAADOES DE TENSION

2 Objetivos: Explicar el funcionamiento de los diferentes tipos de comparadores. Calcular los componentes de los diferentes tipos de comparadores. Identificar en las características de entrada salida, los voltajes de referencia superior e inferior. Calcular el voltaje de histéresis con base en los voltajes de referencia.

3 4. INTODUCCION Un comparador de tensión convierte señales de forma analógica en señales de forma binaria o cuadrada. Este circuito compara una señal de entrada analógica Vi, con una tensión de referencia normalmente fija V, el nivel de la tensión de referencia puede ser cero,como puede tener un valor positivo o negativo. Las principales desventajas son: La salida cambia entre los límites fijados por los voltajes de saturación.

4 Los tipos básicos de comparadores son los siguientes:. Comparador de cruce por cero, con y sin inversión y sin histéresis. Comparador con tension de referencia, con y sin inversión. 3. Comparador con histeresis, con y sin inversión. 4. Comparador con histeresis con baricentro no en el origen.

5 4. CICUITOS COMPAADOES Considerando que la salida es función de la entrada y obedece a la siguiente expresión Uo Si U Si U U U A d ( U U Si U + > U -, la diferencia es positiva, luego esta diferencia es multiplicada por la ganancia en lazo abierto (que es muy elevada), como consecuencia, la salida es muy elevada. Por otro lado, se ve limitada por la tensión de alimentación +Ucc. Si U + < U -, entonces el voltaje aplicado es negativo, luego la salida es -Ucc. ) Ud0 Uo Ud0 Uo Ucc Ucc

6 4.. CICUITO DETECTO DE CUCE PO CEO a) Con inversión.- Figura 4.

7 Del circuito tenemos: Uo A U A U U, con U 0; y U U d d d i Entonces: Si Ui0 Uo Ucc Uo A d U i Si Ui0 Uo Ucc

8 Si la salida toma el valor Uo=+Ucc, entonces se encuentra en saturación positiva, la funcion de transferencia: Uo=+Ucc Ui Si Ui0 Uo Ucc

9 b) Sin inversión

10 Uo Ad U U, con U Ui, y U 0 Uo AdUi Ui0 Ui0 Uo Ucc Uo Ucc Ui Uo=-Ucc

11 En un circuito ideal el paso de un estado a otro es instantáneo, pero en un circuito real este cambio requiere de un pequeño tiempo, el cual puede ser de algunos microsegundos. Si utilizamos un AO 74, este se demora aproximadamente 40 ms en pasar de un estado a otro. La exactitud de un comparador práctico es la diferencia de tensión necesaria entre la entrada y la referencia para hacer que la salida cambie de un estado a otro.

12 4.3. COMPAADO CON TENSION DE EFEENCIA a) Con inversión

13 De la estructura tenemos: U U, y U U i Uo AdUd Ad( U U ) i Si U Ui U 0Uo Ucc d Si U Ui U 0Uo Ucc d

14 +Ucc U Ui<U Si U Ui U 0Uo Ucc d Si U Ui U 0Uo Ucc d

15 b) Sin inversion Uo Ad( U U ) Ad( Ui U ) Si UiU Ud0 Uo Ucc Si UiU Ud0 Uo Ucc

16 +Ucc Ui U Si UiU Ud0 Uo Ucc Si UiU Ud0 Uo Ucc

17 Modificando la configuración anterior se puede variar la configuración para hacer variable la referencia.

18 4.4. COMPAADO CON HISTEESIS a) Con inversión

19 Si Ud0 Para. Uo Ucc U Uo Ucc S Ucc Si( U Ui) 0 Uo Ucc Y para Uo=-UccU I Donde: U S = Voltaje de referencia superior U I = Voltaje de referencia inferior U I Ucc

20 Uo=+Ucc U S Ui Para el intervalo de Histeresis U HIS U S U I Ucc Voltaje del Baricentro U B =0

21 b) Sin inversion La estructura es la siguiente U - U + Si se reduce la magnitud de Ui, se puede encontrar el punto de conmutación y esto ocurre cuando U + =U - =0, por lo tanto se reemplaza dicho valor y se despeja Ui en la ecuación de corrientes en el terminal no inversor.

22 I I 0 U Ui U Uo 0 Despejando U + U Uo Ui Si U + >U - Ud>0 Uo=+Ucc

23 Ucc Ui U Si Ui>0(sigue creciendo) Uo sigue en +Ucc, si reducimos Ui se puede encontrar el punto de conmutacion,que ocurre cuando U + =U - =0 Ui L Ui S Ui Ucc U ii La tension de salida Uo pasa de +Ucc a Ucc,Si la tension sigue decreciendo Uo=-Ucc. Ahora si la tension de entrada varia desde el punto mas negativo hacia el punto mas positivo la salida Uo cambia a +Ucc, cuando U + =U - =0. U i U c c U is

24 Cuya curva de trasferencias se puede observar en la figura y la tensión de salida para una señal de ingreso analógica. U IS UiI U is Ui Uo=-Ucc

25 4.5. COMPAADO CON HISTEESIS CON EL BAICENTO NO EN OIGEN a) Con inversión Si Ud0 Uo Ucc Si Ud0 Uo Ucc Uo=Ad(U -Ui)

26 U Para el voltaje de referencia debido a ambas fuentes es ta dada por: U Si( U Uo U Q U i Y el Voltaje de referencia superior Ui) 0UoUcc U Ucc S U Q Si ( U Ui) 0 Uo Ucc U S Para el voltaje de referencia inferior U I U Ucc I U Q

27 De la comparación con el voltaje de ingreso obtenemos las siguientes curvas: Si( U Ui) 0Uo Ucc Si ( U Ui) 0 Uo Ucc

28 Voltaje del baricentro U B U Q Intervalo de histeresis U U U HIS S I U H IS U c c.

29 b)sin inversion U - =U Para U +, por superposicion: U Ui. Uo.

30 )Si Ui > 0, U+>U Uo = +Ucc La conmutacion se realiza con U + =U U Ucc. Ui. Despejando Ui, tenemos: U ( U i ) Ucc. Ui I U ii

31 ) Si U + <U - Ud<0 entonces Uo=-Ucc, U + <U U U i is U ( ). Ucc Ui S

32 De la curva característica: Intervalo de histeresis V HIS Ucc. Voltaje del baricentro U B U ( )

33 4.6. COMPAADO VENTANA La siguiente configuración se conoce como comparador de ventana y permite discriminar si determinado voltaje (v i) se encuentra entre dos niveles, uno superior (V refsup ) y otro inferior (V reinf ).

34 Analizamos tres casos posibles: Caso : v i <Vref I <Vref S V Ad Vref I vi V V A v Vref V Vcc d i Vcc De acuerdo a esto D conduce y D no conduce, luego cuando la entrada se encuentra bajo la referencia inferior, la salida vo =+V cc. Caso : Vref I <v i <Vref S S V V A A d d Vref v V Vcc v Vref V Vcc i I i S

35 En este caso D y D no conducen pues v=v=-vcc, entonces vo =0. Finalmente caso 3, sucede que D no conduce y D si, entonces vo =+V cc. Si la señal se encuentra entre los rangos indicados, la salida de dicho comparador, se encontrará en un estado "bajo" (cero volts). Si la señal se encuentra fuera de la ventana, la salida tomará el valor +V cc. Si se quiere limitar la salida del comparador de saturación, puede considerarse la siguiente modificación Caso 3

36 En la práctica es posible implementar un comparador con cualquier AO, esto va a depender de las exigencias de la aplicación, sobretodo en cuanto a rapidez. Habitualmente, se utilizan AO con alto Slew ate, pero en el caso de requerir una mayor cantidad de corriente en la salida, se puede utilizar un dispositivo creado especialmente para ser usado como comparador. Su S supera los 50V/ms y por lo general presenta una salida colector abierto" la que permite obtener corrientes mayores a las que provee un AO.

37 Entre estos integrados especializados para comparación se puede citar el LM3 de la National Comparador LM3.- La serie LM 3 de Nacional Semiconductor es una de las familias más populares en comparadores integrados. Puede operar con tensiones de +-5 o con tensión simple de +5V y la salida es en colector abierto con tensiones de alimentación independientes para seleccionar los niveles de tensión de salida. En la figura se muestra la forma física y la disposición de terminales.

38 Figura 6 Forma y Terminales Posee además un circuito de protección que limita la intensidad máxima de salida a 50mA. Las correcciones de offset pueden realizarse mediante un potenciómetro variable conectado a las entradas 5 y 6 similar a la técnica utilizada en amplificadores operacionales.

39 Salida por colector Salida por emisor

40 Salida por colector Si Vp < Vn entonces (Transistor en saturación). Vo=V CESAT =0 Si Vp > Vn entonces (Transistor en corte). Vo=+Vcc

41 La configuración salida por emisor resulta muy útil cuando se precisa de enterfaces a masa tal como sucede en los SCs. Los niveles de tensión de salida son: Si Vp < Vn entonces (Transistor en saturación) Vo=+Vcc Si Vp > Vn entonces (Transistor en corte). Vo=0

42 Características del Comparador LM 3

43 Simulacion Comparador con histeresis 3 C.7nF 000k V3 VOFF = 0 VAMPL = 5V FEQ = 000Hz 7 0k V LM U 470k V- OS OUT OS V k V 00k LM U V- OS OUT OS V k V V 5 V k 0 0

44 0V Formas de onda 0V 0V -0V -0V 5.0ms 5.5ms 6.0ms 6.5ms 7.0ms 7.5ms 8.0ms V(U:OUT) V(V3:+) V(C:) Time

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