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Tema 1EAmplificadores Operacionales
COMPARADORES
Prof. A. Roldán Aranda
1º Ing. Informática
Zona lineal
Características del A.O. real I
• Tensiones de entrada limitadas por la alimentación
La tensión de las entradas no puede salirse del rango fijado por la alimentación
+
-VS
VCC
-VCC
V+
V-
VCC-VCC 0
Zonaprohibida
Zonaprohibida
• Rango dinámico de la tensión de salida limitada por la alimentación
La tensión de la salida no puede superar la tensión de alimentación positiva ni bajar por debajo de la de alimentación negativa.
+
-VS
VCC
-VCC
ud ud
VS
VCC
-VCC≈2V
≈2V
Para la resolución de problemas usaremos la siguiente aproximación: ud
VS
VCC
-VCC
Características del A.O. real I
V-
+
-
V+
No hay realimentación positiva, la tensión diferencial no es nula
<−
>=
−+
−+
VVV
VVVV
cc
cc
sVS
VCC
-VCC
VE
+
-VS
VCC
-VCC
Comparador
Vcomp
Vcc
-Vcc
Vcomp
VE
VS
El A.O. como comparador I
VE
+
-VS
VCC
-VCC
Comparador
Vcomp
Vcc
-Vcc
Rebotes
Vcomp
VE
VS
Si hay ruido en la señal de entrada ¿Cómo evitar los rebotes?
El A.O. como comparador II
VE
+
-VS
VCC
-VCC
Comparador con histéresis
Vcomp
R2
R1
Variar el nivel de comparación en función de la salida.
−=+
−
=+
=
ccs21
1cc
ccs21
1cc
comp
VVRR
R·V
VVRR
R·V
V
Vcc
-Vcc
VE
Vcomp
VS
El A.O. con realimentación POSITIVA I
21
1
RRR+Símbolos Nivel de Histéresis
VS
VE
VS
VE
El A.O. con realimentación POSITIVA II
Comparador con histéresis
US
+UCC
-UCC
+
-
-UCC
+UCC
NIVEL
UE+
- +
-
US
+UCC
-UCC
-
+
-UCC
+UCC
NIVEL
UE+
- +
-
NIVEL
+UCC
-UCC
US
UE
NIVEL
+UCC
-UCC
US
UE
UE >NIVEL
UE >NIVEL
Comparadores/alarmas básicas
Algunos AO modifican su salida para trabajar en saturación con mayor eficiencia (ya no se precisa un amplificador clase B). La etapa de salida se sustituye por un único transistor(Salidas en Colector abierto o Drenador Abierto) 8 Hablaremos de comparadores
+UCC
-UCC
+
-
Salida típica en colector abierto (p.e. LM393)
Saturado a negativo = transistor saturadoSaturado a positivo = transistor cortado
+UCC
-UCC
+
-
Salida con emisor accesible (p.e. LM311)
Saturado a negativo = transistor saturadoSaturado a positivo = transistor cortado
C
E
CCOMP COMP
LM393LM311
AMP.OP. versus Comparador
El uso de COMPARADORES facilita mucho el interfaz de diferentes cargas en incluso el interfaz con sistemas digitales. Veamos algunos ejemplos:
+UCC
-UCC
+
-
C
E
+12 V +UCC
-UCC
+
-
C
E
+24 V +UCC
-UCC
+
-
C
E
+5 V
+5 V
LÓGICATTL
INTERFACEBOCINA
INTERFACERELÉ
INTERFACEDIGITAL
IMPORTANTE:Los transistores de las salidas en colector abierto normalmente manejar corrientes y tensiones superiores que las salidas normales. En todo caso, consultar los catálogos.
Uso de los Comparadores
COMPARADORES ÚTILES: LM311 y LM393
LM311 LM393
COMP.: El problema de los ruidos
NIVEL(TMAX)
SEÑAL (T)
ALARMA
t
t
Salida
SEÑAL LIMPIA
NIVEL(TMAX)
SEÑAL (T)
ALARMAt
t
Salida
SEÑAL RUIDOSA ¡¡¡PROBLEMA!!!
SOLUCIÓN
HISTÉRESIS
COMPARADORES CON HISTÉRESIS
N + ∆NN - ∆
SEÑAL (T)
ALARMAt
t
Salida
Eliminación de ruidosmediante un comparador
con histéresis
N+∆
+UCC
-UCC
US
UE
N-∆
N
N+∆
+UCC
-UCC
US
UE
N-∆
N
Tipos de Comparadores con HISTÉRESIS
COMP. con HISTÉRESIS: Realización práctica I
Los ciclos de histéresis en comparadores se consiguen mediante la inclusión de realimentación positiva
US
+UCC
-UCC
-
+UE+
- +
-R1
R2
UB
N+∆
+UCC
-UCC
US
UE
N-∆
N
( )21
1
RRRUNNIVEL B +
⋅=21
2
RRRUCC +
⋅=∆
US
+UCC
-UCC
-
+
UE+
-
+
-R1
R2
UB
( )1
21
RRRUNNIVEL B
+⋅=
1
2
RRUCC ⋅=∆
N+∆
+UCC
-UCC
US
UE
N-∆
N
COMP. con HISTÉRESIS: Realización práctica II
Los ciclos de histéresis en comparadores se consiguen mediante la inclusión de realimentación positiva
US
-
+
R1
R2
UE+
- +
-US
+
-
R1
R2
UE+
- +
-
AMPLIFICADORDE GANANCIA POSITIVA COMPARADOR CON HISTÉRESIS
¡¡¡ CUIDADO !!!Fijarse en la realimentación. La aplicación es radicalmente distinta.
COMP. con HISTÉRESIS: vs. AMP. GANANCIA POSITIVA
COMP. HIST. ASIMÉTRICO (SCHMITT TRIGGER)
Los comparadores con histéresis asimétricos son muy interesantes, sobretodo para eliminar ruidos en entradas digitales. El comparador de Schmitt (Schmitt Trigger) es muy popular para este propósito.
US
+5
-
+UE+
- +
-R
R
5/2
+5US
UE5/3
+5
+5
R
NOTA:Cambiando las resistencias se pueden fijar los niveles de comparación en otro valor.
Puede tenerse en cuenta la caída de tensión en el diodo (0.6 V)
Normalmentees un comparador
The Schmitt trigger was invented by US scientist Otto H. Schmitt in 1934 while he was still a graduate student.
COMP. DE VENTANA CON SALIDAS EN OPEN COL. I
+
-
+UCC
+
-
E1
E2
UMAX
UMIN
UEUMAX
+UCC
US
UEUMIN
+UCC
E1 E2
SÍMIL E1
E2
US
S S
"WIRED-AND"
PUERTALÓGICA
AND
COMPARADORESTIPO LM311 ò LM393
-
+
+UCC
-
+
E1
E2
UMAX
UMIN
UEUMAX
+UCC
US
UEUMIN
+UCC
E1
E2
SÍMIL E1
E2
US
SS
"WIRED-AND"
PUERTALÓGICA
OR
SOLO COMPARADORES TIPO LM311(Colector y emisor accesible)
COMP. DE VENTANA CON SALIDAS EN OPEN COL. II
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