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AMPLIFICADORES
OPERACIONALES
COMPARADORES
1
Zona lineal
Características del OPAMP real
• Tensiones de entrada limitadas por la alimentación
VCC
La tensión de las entradas no puede salirse del rango fijado por la alimentación
+
- VS
-VCC
V+
V -
VCC -VCC 0
Zona
prohibida
Zona
prohibida
• 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
-V CC ≈2V
≈2V
Para la resolución de problemas usaremos la siguiente aproximación: ud
VS
VCC
-VCC
Características del OPAMP real
V-
+
-
V+
No hay realimentación positiva, la tensión diferencial no es nula
Vcc
Vs Vcc
V V
V V
VS
VCC
-VCC
VE
+
- VS
VCC
-VCC
Comparador
Vcomp
Vcc
-Vcc
Vcomp
V E
V S
El OPAMP como comparador
VE
+
- VS
VCC
-VCC
Vcomp -V cc
Comparador
VE
V cc
Rebotes
Vcomp
VS
Si hay ruido en la señal de entrada ¿Cómo evitar los rebotes?
El OPAMP como comparador
VE
+
-
VS
VCC
-VCC
Comparador con histéresis
Vcomp
R2
R 1
Variar el nivel de comparación en función de la salida.
Vcc ·R
V
Vs Vcc R
Vs Vcc R R
1 2
1
2 1
R 1
cc
Vcomp
R
·
Vcc
-Vcc
VE
Vcomp
V S
El OPAMP con realimentación POSITIVA
R 1 R 2
R 1
Símbolos Nivel de Histéresis
VS
VE
VS
VE
Comparador con histéresis
El OPAMP con realimentación POSITIVA
US
+UCC
-UCC
+
-
-UCC
+UCC
NIVEL
UE
+
- +
-
US
+UCC
-UCC
-
+
-UCC
+UCC
NIVEL
UE
+
- +
-
NIVEL
+UCC
-UCC
US
U E
NIVEL
+UCC
-UCC
US
U E
UE >NIVEL
U >NIVEL E
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)
+
COMP
-
Saturado a negativo = transistor saturado Saturado a positivo = transistor cortado
+UCC
-UCC
Salida con emisor accesible (p.e. LM311)
-
Saturado a negativo = transistor saturado Saturado a positivo = transistor cortado
+
COMP C
E
C
LM393 LM311
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
INTERFACE
BOCINA
+
-
C
E
+12 V +UCC
-UCC
INTERFACE RELÉ
+
-
C
E
+24 V +UCC
-UCC
+
-
C
E
+5 V
+5 V
LÓGICA TTL
INTERFACE DIGITAL
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)
ALARMA t
t
Salida
SEÑAL RUIDOSA ¡¡¡PROBLEMA!!!
SOLUCIÓN
HISTÉRESIS
COMPARADORES CON HISTÉRESIS
N +
N N -
SEÑAL (T)
ALARMA t
t
Salida
Eliminación de ruidos mediante un comparador
con histéresis
N+
+UCC
-UCC
US
UE
N-
N
N+
+UCC
-U CC
US
UE
N-
N
Tipos de Comparadores con HISTÉRESIS
COMP. con HISTÉRESIS: Realización práctica I
Los ciclos de histéresis realimentación positiva
en comparadores se consiguen mediante la inclusión de
US
+UCC
-
-UCC
+ UE -
+
+
- R1
-UCC
R2
UB
N+
+UCC
U S
UE
N-
N
NIV ELN U R1 R2
1 R
B R1 R2
R2 U CC
US
+UCC
-UCC
-
+
UE
+
-
+
- R1
R2
UB
NIV ELN U R1
R1 R2
B
R1
R2 U CC
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 -
AMPLIFICADOR DE GANANCIA POSITIVA COMPARADOR CON HISTÉRESIS
¡¡¡ CUIDADO !!!
Fijarse en la realimentación. La aplicación es radicalmente distinta.
COMP. con HISTÉRESIS: vs. AMP. GANANCIA POSITIVA
US
+5
-
+
+ UE - +
- R
R
5/3 5/2
+5
UE
+5
+5
R
COMPARADOR CON HISTERESIS 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.
The Schmitt trigger was invented by US scientist Otto H. Schmitt in 1934
while he was still a graduate student.
US
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)
Normalmente es un comparador
+
-
+
-
E1
E2
UMAX
UMIN
UE UMAX
+UCC
US
UE UMIN
+UCC
E1 E2
SÍMIL E1
E2
US
S S
"WIRED-AND"
PUERTA LÓGICA
AND
COMPARADORES TIPO LM311 ò LM393
COMP. DE VENTANA CON SALIDAS EN COLECTOR ABIERTO
+UCC
-
+
-
+
E1
E2
UMAX
UMIN
UE UMAX
+UCC
US
UE UMIN
+UCC
E1
E2
SÍMIL E1
E 2
US
S
S
"WIRED-AND"
PUERTA LÓGICA
OR
COMP. DE VENTANA CON SALIDAS EN COLECTOR ABIERTO
+UCC
SOLO COMPARADORES TIPO LM311 (Colector y emisor accesible)
