comparadores - mty.itesm.mx · Schmitt-Triggers José Gómez Quiñones Comparador Schmitt Trigger...

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José Gómez Quiñones

Comparadores

José Gómez Quiñones

Comparadores

• La utilización del OpAmp como comparador es una de las funciones más importantes del dispositivo en instrumentación Electrónica

• Los comparadores son dispositivos que se saturan activando una señal de salida al sobrepasar una señal de entrada determinada

• Idealmente la salida debería “brincar”instantáneamente, sin embargo debido a efectos capacitivos propios del circuito, están limitados en velocidad (tip. 40µS). Esta velocidad o tiempo de respuesta (también conocido como retardo de propagacion, tPD)

2

José Gómez Quiñones

Comparadores

• La exactitud de un comparador es la diferencia de voltaje requerida entre la entrada y la referencia que provoque que la salida cambie su estado, de un nivel de saturación a otro

José Gómez Quiñones

Pulso

tR tF

tS

T

• tr=VSAT/SR

3

José Gómez Quiñones

Comparador Simple

v out

-Vdc

v in

+Vdc

1

3

2

411

OUT

+

-

V+

V-

José Gómez Quiñones

Curva característica

Vin

Vout+Vsat

-Vsat

4

José Gómez Quiñones

Comparador No-Inversor

1

3

2

411

OUT

+

-

V+

V-

-Vdc

v in

+Vdc

v out

v ref

José Gómez Quiñones

CaracterísticaVref>0

Vin

Vout+Vsat

-Vsat

Vref

5

José Gómez Quiñones

CaracterísticaVref<0

Vin

+Vsat

-Vsat

-Vref

José Gómez Quiñones

Una aplicación simple5.000V

-15.00V

1.986V

SV8

Implementation = vx

V

-13.56V

V

-13.56V

R3

1k

15.00V

R2

1k

V115

U4

LM741/NS

3

2

74

6

5

1+

-

V+

V-

OUT

OS2

OS1

3.988V

991.7mV

V2-15

U1

LM741/NS

3

2

74

6

5

1+

-

V+

V-

OUT

OS2

OS1

2.984V

R9

1k

R8

1k

0V

V

0V

U2

LM741/NS

3

2

74

6

5

1+

-

V+

V-

OUT

OS2

OS1

V35

V

R4

1k

-13.56V

R5

1k

R10

1k

-13.56VR6

1k

-13.56V

0

U5

LM741/NS

3

2

74

6

5

1+

-

V+

V-

OUT

OS2

OS1

R1

1k

U3

LM741/NS

3

2

74

6

5

1+

-

V+

V-

OUT

OS2

OS1

R7

1k

V

Medidor de Nivel

6

José Gómez Quiñones

José Gómez Quiñones

Bar Graph Meter

7

José Gómez Quiñones

Comparador Inversor

1

3

2

411

OUT

+

-

V+

V-v in

+Vdc

v out

v ref

-Vdc

José Gómez Quiñones

CaracterísticaVref>0

Vin

+Vsat

-Vsat

+Vref

8

José Gómez Quiñones

CaracterísticaVref<0

Vin

+Vsat

-Vsat

-Vref

José Gómez Quiñones

Comparador No-Inversor de cruce variable

+Vdc

-Vdc

R1||R2

vin

Vref

1

3

2

411

OUT

+

-

V+

V-

R1 vout

R2

9

José Gómez Quiñones

Condición de equilibrio¿En dónde conmuta a saturación?

21

21

1

21

2

21

1

21

2

0

)(

RV

RV

RRRV

RRRV

RRRV

RRRVV

inref

inref

inref

=−

++

+=

++

+=+

Aplicando Superposición

Como V(+)=V(-)=0

Finalmente:

José Gómez Quiñones

CaracterísticaVref<0

Vin

Vout+Vsat

-Vsat

-Vref*R2/R1

10

José Gómez Quiñones

José Gómez Quiñones

CaracterísticaVref>0

Vin

Vout+Vsat

-Vsat

-Vref*R2/R1

11

José Gómez Quiñones

José Gómez Quiñones

Comparador Inversor de cruce variable

+Vdc

v out

R1

R1||R2

v in1

3

2

411

OUT

+

-

V+V

-

R2

Vref

+Vdc

12

José Gómez Quiñones

CaracterísticaVref>0

Vin

+Vsat

-Vsat

-Vref*R2/R1

José Gómez Quiñones

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José Gómez Quiñones

CaracterísticaVref<0

Vin

+Vsat

-Vsat

-Vref*R2/R1

José Gómez Quiñones

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José Gómez Quiñones

Schmitt-Triggers

José Gómez Quiñones

Comparador Schmitt Trigger

• Un comparador Schmitt Triggerimplementa un comportamiento de Histérisis que permite tomar decisiones de acuerdo a estados pasados. Puede verse a un comparador de este tipo como un dispositivo con memoria.

• Son ideales para el control de procesos de enfriamiento o calentamiento

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José Gómez Quiñones

Curva de Histérisis

Vin

VOH

VOL

VTHVTL

VOH=+VSATVOL=-VSATVTH=Voltage Threshold HighVTL=Voltage Threshold Low

José Gómez Quiñones

Circuito de Histérisis No Inversor

+VCC

R1 v out1

3

2

411

OUT

+

-

V+

V-

R2

v in

-VCC

R1||R2

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José Gómez Quiñones

Curva Característica

2

1

2

1

RRVV

RRVV

OLTL

OHTH

=

=

Vin

VOH

VOL

VTHVTL

José Gómez Quiñones

Señal deentrada

Señal desalida

17

José Gómez Quiñones

Circuito de Histérisis Inversor-VCC

1

3

2

411

OUT

+

-

V+V

-

R1||R2

R2

+VCC

v out

v in

R1

José Gómez Quiñones

Curva Característica

21

1

21

1

RRRVV

RRRVV

OLTL

OHTH

+=

+=

Vin

VOH

VOL

VTHVTL

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José Gómez Quiñones

Circuito de Histérisis Inversor conAjuste

vref

R2

vout

vin

R1

-VCC

R1||R2

+VCC

1

3

2

411

OUT

+

-

V+

V-

José Gómez Quiñones

Curva Característica

Vin

VOH

VOL

VTHVTL VC

19

José Gómez Quiñones

Curva Característica

REFC

REFOLTL

REFOHTH

VRR

RV

VRR

RVRR

RV

VRR

RVRR

RV

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

++

+=

++

+=

21

2

21

2

21

1

21

2

21

1

José Gómez Quiñones

Circuito de Histérisis No Inversor con Ajuste

1

3

2

411

OUT

+

-

V+

V-

-VCC

voutR1

vref

R2

R1||R2

+VCC

vin

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José Gómez Quiñones

Curva Característica

Vin

VOH

VOL

VTHVTL VC

José Gómez Quiñones

REFC

REFOLTL

REFOHTH

VRRV

VRRV

RRV

VRRV

RRV

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

1

1

1

21

José Gómez Quiñones

Circuito de Histérisis Inversor con Offset

+VCC

1

3

2

411

OUT

+

-

V+

V-

v out

R2

R1

v in

R3

R4

V(+)

R3>>R4R4<<R3+(R1||R2)

José Gómez Quiñones

Curva Característica

Vin

VOH

VTHVTL

Vout

22

José Gómez Quiñones

Límites

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−=

+=

+=

321

312

321

1

231

31

111

111

)||(

)||(||

RRVVV

R

RRVVV

R

VRRR

RV

VRRR

RRV

TH

THCC

TLCC

TL

CCTH

CCTL

José Gómez Quiñones

Circuito de Histérisis No Inversor con Offset

vout

+VCC

R1

R4

vin

R2 R5

1

3

2

411

OUT

+

-

V+

V-

R3

R5<<R3+R4

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José Gómez Quiñones

Curva Característica

Vin

VTHVTL

Vout

VOL

VOH

José Gómez Quiñones

TH

TLCC

CC

TLTH

VVV

RR

VVV

RR

−=

−=

1

2

4

3

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José Gómez Quiñones

LM 311

Es uno de los comparadores más utilizados, maneja un volotaje de alimentación de ±30V y un voltaje de entrada en el rango de ±15V.

Una de sus principales ventajas es su salida de colector abierto, que permite un voltaje de salida distinto al de alimentación

+VCC

R pull up

10k

-

LM311

+

Vout

-VCC

Vx

José Gómez Quiñones

El Comparador LM311

25

José Gómez Quiñones

+VCC

R pull up

10k

-

LM311

+

Vout

-VCC

Vx

+VCC

R pull up

10k

-

LM311

+

Vout

-VCC

Vx

V+>V- → Vout ≈ Vx V+<V- → Vout ≈ 0V

Si V+>V- El transistor está abierto

José Gómez Quiñones

Detector de Ventana

El OpAmp debetener una salidadel tipo ColectorComún. (LM339)

+

VTL -

+VCC

R pull up

10k

+VCC

Vout

VOH

-VCC

-

+

Vin-VCC

VTH

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José Gómez Quiñones

Curva Característica

Vin

VOH

VTHVTL

José Gómez Quiñones

Simulación con VTH=3V VTL=1.5 Vin= 4 sen 377t+1V

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José Gómez Quiñones

Salida Monopolar

Vin

R

Vout+

-

LM111

2

37

5 64 1

8

Vx

Vdc

+VCC

José Gómez Quiñones

Salida Bipolar

R

+

-

LM111

2

37

5 64 1

8

Vin

+VCC+Vx

-Vx

VdcVout

-VCC

28

José Gómez Quiñones

Simulación