Post on 10-Dec-2018
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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José Gómez Quiñones
José Gómez Quiñones
CaracterísticaVref>0
Vin
Vout+Vsat
-Vsat
-Vref*R2/R1
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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
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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
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
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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
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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
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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
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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
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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
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José Gómez Quiñones
Simulación