TEMA: OPERADOR COMO COMPARADOR Objetivo: Utilizar el opam como controlador en sistemas de control todo o nada. Explicar cómo funciona un comparador y describir la importancia del punto de referencia. Describir los comparadores que utilizan realimentación positiva y calcular los puntos de conmutación y la histéresis en estos circuitos. Identificar y describir los circuitos de conversión de formas de onda. Identificar y explicar los circuitos de generación de formas de onda. Describir cómo funcionan los circuitos de diodos activos. Explicar los integradores y diferenciadores. Explicar el funcionamiento de un amplificador de clase D. INTRODUCCION: En un circuito electrónico, se llama comparador a un amplificador operacional en lazo abierto (sin realimentación entre su salida y su entrada) y suele usarse para comparar una tensión variable con otra tensión fija que se utiliza como referencia. Como todo amplificador operacional, un comparador estará alimentado por dos fuentes de corriente continua (+Vcc, -Vcc). El comparador hace que, si la tensión de entrada en el borne positivo (en el dibujo, V1) es mayor que la tensión conectada al borne negativo (en el dibujo, V2), la salida (Vout en el dibujo) será igual a +Vcc. En caso contrario, la salida tendrá una tensión -Vcc. Lo podemos resumir de la siguiente manera: si V1 > V2 => (V1-V2)>0 => Vout = +Vcc. si V1 < V2 => (V1-V2)<0 => Vout = -Vcc. (Suponiendo que V2 es la tensión de referencia) Funcionamiento del comparador Estudiemos el siguiente circuito: En este circuito, se alimenta el amplificador operacional con dos tensiones +Vcc = 15V y -Vcc = -15 V. Se conecta la patilla V+ del amplificador a masa (tierra) para que sirva como tensión de referencia, en este caso 0 V. A la entrada V- del amplificador se conecta una fuente de tensión (Vi) variable en el tiempo, en este caso es una tensión sinusoidal.
Hay que hacer notar que la tensión de referencia no tiene por qué estar en la entrada V+, también puede conectarse a la patilla V-, en este caso, se conectaría la tensión que queremos comparar con respecto a la tensión de referencia, a la entrada V+ del amplificador operacional. A la salida (Vo) del amplificador operacional puede haber únicamente dos niveles de tensión que son en este caso 15 o -15 V (considerando el AO como ideal, si fuese real las tensiones de salida serían algo menores). Cuando la tensión sinusoidal Vi toma valores positivos, el amplificador operacional se satura a negativo; esto significa que como la tensión es mayor en la entrada V- que en la entrada V+, el amplificador entrega a su salida una tensión negativa de -15 V. C OMPARADOR ELEMENTAL: Figura 4.20: Comparador elemental. La salida asume el máximo valor positivo (+Vmáx) cuando la tensión en la entrada no inversora es ( infinitesimalmente ) mayor que aquella en la entrada inversora. La salida sume el máximo valor negativo (-Vmáx) cuando la relación es la opuesta, esto es, para v(-) > v(+). La pendiente finita en la proximidad del 0 del eje de abscisa se ha introducido para mostrar el efecto de una imperfección del dispositivo llamada TENSIÓN DE OFFSET EN LA ENTRADA y además el carácter finito de la tensión (aun cuando muy grande). Las formas más comunes de comparación realizan ésta en base a una referencia, la que puede tener cualquier valor dentro del rango: -Vmáx < Vref < +Vmáx
TIPOS DE COMPARADORES 1) COMPARADORES DE CRUCE POR CERO: Existen diversos tipos de comparadores siendo posible realizar una primera clasificación teniendo en cuenta cual es el terminal en que se aplica la señal Vi a controlar, podrán ser: INVERSORES y No-INVERSORES. a) Comparador Inversor: Puede que prefiramos utilizar un comparador inversor. La entrada no inversora está a tierra. La señal de entrada excita la entrada inversora del comparador. En este caso, una tensión de entrada positiva pequeña produce una salida negativa máxima, como se ilustra. Por el contrario, una tensión de entrada negativa pequeña produce una salida positiva máxima.
COMPARADOR INVERSOR CARACTERISTICA
ESQUEMA DEL OSCILOSCOPIO:
b) COMPARADOR NO INVERSORA: COMPARADOR NO INVERSOR
CARACTERISTICA ESQUEMA DEL OSCILOSCOPIO:
2) COMPARADORES CON TENSIÓN DE REFERENCIA DIFERENTE A CERO (Vref 0) Tienen como misión comparar una tensión variable con otra, normalmente constante, denominada tensión de referencia, dándonos a la salida una tensión positiva o negativa. Se basan en hacer trabajar a saturación los A.O. dando a la salida una tensión Vcc. a) Comparadores Inversor con Vref +: - Transferencia de salida en un circuito inversor. Se observa que:
ESQUEMA DEL OSCILOSCOPIO:
b) Comparadores Inversor con Vref -:
ESQUEMA DEL OSCILOSCOPIO: