Comparadores Cap 4

8/10/2019 Comparadores Cap 4

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CAPITULO IVCAPITULO IV

CIRCUITOS COMPARADORES

DE TENSION


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Objetivos: Explicar el funcionamiento de los diferentes tipos de

comparadores.

Calcular los componentes de los diferentes tipos de

comparadores . Identificar en las caractersticas de entrada salida, los

voltajes de referencia superior e inferior.

Calcular el voltaje de histresis con base en los voltajes de

referencia .


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Un comparador de tensin convierte seales de forma

analgica en seales de forma binaria o cuadrada.

Este circuito compara una seal de entrada analgica

Vi, con una tensin de referencia normalmente fijaVR, el nivel de la tensin de referencia puede ser cero

,como puede tener un valor positivo o negativo.

Las principales desventajas son:

La salida cambia entre los lmites fijados por losvoltajes de saturacin.

4.1 INTRODUCCION


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Los tipos bsicos de comparadores son lossiguientes:

1. Comparador de cruce por cero , con y sininversin y sin histresis

2. Comparador con tension de referencia, con ysin inversin.

3. Comparador con histeresis, con y sininversin.

4. Comparador con histeresis con baricentro noen el origen.


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Considerando que la salida es funcin de laentrada y obedece a la siguiente expresin

Si U + > U - , la diferencia es positiva, luego esta diferenciaes multiplicada por la ganancia en lazo abierto (que esmuy elevada), como consecuencia, la salida es muyelevada. Por otro lado, se ve limitada por la tensin dealimentacin +Ucc. Si U + < U - , entonces el voltajeaplicado es negativo, luego la salida es -Ucc.

)( UUAUo d

UccUoUdUUSi 0

UccUoUdUUSi 0

4.2 CIRCUITOS COMPARADORES


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a) Con inversin.-

Figura 4.1

4.2.1 CIRCUITO DETECTOR DE CRUCE POR CERO


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, con 0;d d d iUo A U A U U U y U U

idUAUo Si 0Ui Uo Ucc

Si 0U i U o U cc

Del circuito tenemos:

Entonces:


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Si la salida toma el valor Uo=+Ucc, entonces se encuentra

en saturacin positiva, la funcion de transferencia:

Ui

Uo=+Ucc

Si 0Ui Uo Ucc


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b) Sin inversin


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, , 0

d dUo A U U con U Ui y U Uo A Ui

UccUoUi 0

UccUoUi 0

Ui

Uo=-Ucc


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En un circuito ideal el paso de un estado a otroes instantneo, pero en un circuito real este

cambio requiere de un pequeo tiempo, el cual

puede ser de algunos microsegundos. Si

utilizamos un AO 741, este se demoraaproximadamente 40 ms en pasar de un estado

a otro. La exactitud de un comparador prctico

es la diferencia de tensin necesaria entre laentrada y la referencia para hacer que la salida

cambie de un estado a otro.


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a) Con inversin

4.3. COMPARADOR CON TENSION DE REFERENCIA


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00

R d

R d

Si U Ui U Uo UccSi U Ui U Uo Ucc

De la estructura tenemos:

, y UR iU U U

( )R iUo AdUd Ad U U


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0

0

R d

R d

Si U Ui U Uo Ucc

Si U Ui U Uo Ucc

Ui


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b) Sin inversion

)()( RUUiAdUUAdUo

UccUoUdUUiSi R 0

UccUoUdUUiSi R 0


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UccUoUdUUiSi R 0

UccUoUdUUiSi R 0

Ui

UR

+Ucc


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Modificando la configuracin anterior se puede variar la

configuracin para hacer variable la referencia.


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a) Con inversin

4.4. COMPARADOR CON HISTERESIS


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UccRR

RUUccUoPara RS

21

1.

Y para Uo=-UccURI UccRR

RURI

21

1

Donde:

URS= Voltaje de referencia superior

URI= Voltaje de referencia inferior

UccUoUdSi 0

UcUoUiUSi R 0)(


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1

1 2

2HIS RS RI

RU U U Ucc

R R

Para el intervalo de Histeresis

Voltaje del Baricentro U B=0

Ui

URS

Uo=+Ucc


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Si se reduce la magnitud de Ui, se puede encontrar elpunto de conmutacin y esto ocurre cuando

U+ =U- =0, por lo tanto se reemplaza dicho valor y sedespeja Ui en la ecuacin de corrientes en el terminal

no inversor.

La estructura es la siguiente

b) Sin inversion

U-

U+


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021 II

0

21

R

UoU

R

UiU

1 2

1 2 1 2

RUo UiRU

R R R R

Si U+>U-Ud>0Uo=+Ucc

Despejando U+


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2

1

R

RUccUi

1

2

RU i U c c

R

Si Ui>0(sigue creciendo)Uo sigue en +Ucc, sireducimos Ui se puede encontrar el punto de

conmutacion,que ocurre cuando U+=U-=0

iIU

La tension de salida Uo pasa de +Ucc a Ucc,Si la tension sigue

decreciendo Uo=-Ucc. Ahora si la tension de entrada varia desde

el punto mas negativo hacia el punto mas positivo la salida Uocambia a +Ucc, cuando U+=U-=0.

iSU

2 2

1 2 1 2

R Ucc UiRU

R R R R

UiL UiS


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Cuya curva de trasferencias se puede observar en la figura y la

tensin de salida para una seal de ingreso analgica.

iSUiIU Ui

U IS

Uo=-Ucc


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a) Con inversin

UccUoUdSi 0

UccUoUdSi 0

Uo=Ad(UR

-Ui)

4.5. COMPARADOR CON HISTERESIS CON EL

BARICENTRO NO EN ORIGEN


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QR URR

RUoRR

RU21

2

21

1

QRS URR

RUccRR

RU21

2

21

1

QRI URR

RUcc

RR

RU

21

2

21

1

iR UUccUoUiUSi RU0)(

UccUoUiUSi R 0)(

Y el Voltaje de referencia superior

Para el voltaje de referencia inferior

Para el voltaje de referencia debido a ambas fuentes es ta

dada por:

URS

URI


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De la comparacin con el voltaje de ingreso

obtenemos las siguientes curvas:

UcUoUiUSi R 0)(

UccUoUiUSi R 0)(


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21

2

RR

RUU

Q

B

HIS RS RIU U U

1

1 2

2 .H I S

U c c RU

R R

Voltaje del baricentro

Intervalo de histeresis


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b)Sin inversion

21

1

21

2 ..

RR

RUo

RR

RUiU

U-=UR

Para U+, por superposicion:


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2

1

2

21 .)(R

RUccR

RRUU Ri

2) Si U+


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De la curva caracterstica:

1

2

2 .HIS Ucc RVR

2

21 )(

R

RRUU RB

Intervalo de histeresis

Voltaje del baricentro


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La siguiente configuracin se conoce comocomparador de

ventana y permite discriminar si determinado voltaje (v i) seencuentra entre dos niveles, uno superior (V refSup ) y otro

inferior (V reinf ).

4.6. COMPARADOR VENTANA


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Analizamos tres casos posibles:

Caso 1: vi


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En este casoD1 yD2 no conducen pues v1=v2=-Vcc,entonces vo =0.

Finalmente caso 3, sucede queD2 no conduce yD1si, entonces vo =+V cc .

Si la seal se encuentra entre los rangos indicados, la

salida de dicho comparador, se encontrar en unestado "bajo" (cero volts). Si la seal se encuentrafuera de la ventana, la salida tomar el valor +V cc .

Si se quiere limitar la salida del comparador desaturacin, puede considerarse la siguiente

modificacinCaso 3


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En la prctica es posible implementar un comparadorcon cualquier AO, esto va a depender de lasexigencias de la aplicacin, sobretodo en cuanto arapidez. Habitualmente, se utilizan AO con alto SlewRate, pero en el caso de requerir una mayor cantidadde corriente en la salida, se puede utilizar un

dispositivo creado especialmente para ser usadocomo comparador. Su SR supera los 50V/ms y porlo general presenta una salida colector abierto" laque permite obtener corrientes mayores a las queprovee un AO.


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Entre estos integrados especializados para

comparacin se puede citar el LM311 de la National.4.7. Comparador LM311.-

La serie LM 311 de Nacional Semiconductor es una

de las familias ms populares en comparadores

integrados. Puede operar con tensiones de +-15 o contensin simple de +5V y la salida es en colector

abierto con tensiones de alimentacin independientes

para seleccionar los niveles de tensin de salida. En la

figura se muestra la forma fsica y la disposicin determinales.


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Figura 16 Forma y Terminales

Posee adems un circuito de proteccin que

limita la intensidad mxima de salida a 50mA.

Las correcciones de offset pueden realizarse

mediante un potencimetro variable conectadoa las entradas 5 y 6 similar a la tcnica

utilizada en amplificadores operacionales.


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Vo=+Vcc

Vo=VCESAT=0

Salida por colector

Si Vp > Vn entonces (Transistor en corte).

Si Vp < Vn entonces (Transistor en saturacin).


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La configuracin salida por emisor resulta muy

til cuando se precisa de enterfaces a masa talcomo sucede en los SCRs. Los niveles de

tensin de salida son:

Si Vp < Vn entonces

(Transistor en saturacin)

Si Vp > Vn entonces

(Transistor en corte).

Vo=+Vcc

Vo=0


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Caractersticas del Comparador LM 311


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Simulacion

Comparador con histeresis

U1

LM741

+3

-2

V+7

V-4

OUT 6

OS1 1

OS2 5

U2

LM741

+3

-2

V+7

V-4

OUT 6

OS1 1

OS2 5

R1

470k

R2

100k

R3

1000k

R4

1k

R5

1k

R6

47k

V1

15

V2

15

R7

10k

C1

2.7nF

0

0

0

0

V3

FREQ = 2000Hz

VAMPL = 5V

VOFF = 0

V

V

V


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Formas de onda

Ti me

15. 0ms 15. 5ms 16. 0ms 16. 5ms 17. 0ms 17. 5ms 18. 0ms

V(U1:OUT) V(V3: +) V(C1: 2)

- 20V

-10V

0V

10V

20V


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Comparadores Cap 4

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