INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

SANTIAGO MARIO

ESCUELA DE INGENIERA ELECTRNICA

EXTENSIN MATURN

Amplificadores Operacionales como

Comparadores

Profesor: Realizado por:

Ing. Daniel Porras Luis Betancourt C.I: 19.663.990

Materia:

Electrnica III

Lapso: 2015-I Seccin: V

Maturn, Julio de 2015

Comparador con amplificador operacional

Los comparadores son circuitos no lineales que, como su nombre indica, sirven para

comparar dos seales (una de las cuales generalmente es una tensin de referencia) y

determinar cul de ellas es mayor o menor.

La tensin de salida tiene dos estados (binaria) y se comporta como un convertidor

analgico-digital de 1 bit.

Su utilizacin en las aplicaciones de generacin de seal, deteccin, modulacin de seal,

etc, es muy importante y constituye un bloque analgico bsico en muchos circuitos.

La funcin del comparador es comparar dos tensiones obtenindose como resultado una

tensin alta (VOH) o baja (VOL).

En la figura 9.1.a se presenta el smbolo para representar comparadores que es el mismo

que el utilizado para amplificadores operacionales. La operacin de un comparador,

representado en la VTC de la figura 9.1.b, se puede expresar como:

En el caso de que la tensin Vn est fijada a 0, entonces la tensin de salida V0 = VOL o

V0 = VOH en funcin de si Vp < 0 o Vp >0, respectivamente. El comparador acepta seales

analgicas a la entrada y proporciona seales binarias a la salida. Este elemento constituye

un nexo de unin entre el mundo analgico y digital.

Los OAs pueden actuar como comparadores cuando la ganancia diferencial en lazo abierto

sea alta (>10.000) y la velocidad no sea un factor crtico.

Como ejemplo, el OA 741 se comporta como un elemento de entrada lineal si la tensin de

entrada en modo diferencia est comprendida entre los valores 65V < Vd < +65V.

Fuera de ese rango la etapa de salida del amplificador entra en saturacin y puede

comportarse como comparador.

En la figura 9.2.a se muestra una aplicacin sencilla del OA 741 como comparador.

Elamplificador carece de realimentacin y la VTC de la figura 9.2.b indica que siempre que

Vi > VT, entonces la salida es baja, y viceversa, si Vi < VT la salida es alta.

Los lmites alto y bajo de Vo son establecidos por las tensiones de alimentacin; en este

caso 15V. La figura 9.2.c muestra un ejemplo del comportamiento de este circuito a una

entrada Vianalgica.

Aunque los OAs funcionalmente pueden actuar como comparadores, sus limitaciones hacen

que sean inservibles para muchas aplicaciones.

Tienen una limitacin en frecuencia importante, un slew-rate bajo y unos retrasos tan

elevados que nicamente son vlidos a frecuencias bajas.

Adems, los OAs estn pensados para actuar como amplificadores e incluyen tcnicas de

compensacin en frecuencia no necesarias cuando operan como comparadores. A veces es

necesario aadir una circuitera adicional cuando los niveles de tensin tienen que ser

compatibles con TTL, ECL o CMOS.

Por estas limitaciones, se han desarrollado comparadores monolticos especialmente

concebidos para aplicaciones de comparacin.

El comparador no inversor

En este comparador la tensin de referencia se aplica a la entrada inversora, y la seal a

detectar ser aplicada a la entrada no inversora. La tensin de referencia puede ser positiva

o negativa.

- Si la seal a detectar tenga una tensin superior a la tensin de referencia, la salida ser

una tensin igual a +Vsat (tensin de saturacin positiva).

- Si la seal de entrada tiene una tensin inferior a la seal de referencia, la salida ser igual

a -Vsat (tensin de saturacin negativa).

El comparador inversor

En este comparador la tensin de referencia se aplica a la entrada no inversora, y la seal a

detectar ser aplicada a la entrada inversora. La tensin de referencia puede ser positiva o

negativa.

- Si la seal a detectar tenga una tensin superior a la tensin de referencia, la salida ser

una tensin igual a -Vsat (tensin de saturacin negativa).

- Si la seal de entrada tiene una tensin inferior a la seal de referencia, la salida ser igual

a +Vsat (tensin de saturacin positiva)

Usos y ejemplos.

En muchas ocasiones se utilizan amplificadores operacionales como comparadores de

voltaje, que aunque hay circuitos integrados especiales para dicho fin como el LM311 (1

comparador) y el LM339 (4 comparadores), muchas veces utilizamos los operacionales

porque cada seccin realiza una funcin diferente, por ejemplo una seccin amplifica el

voltaje, otra compara y las otras dos como preamplificadores de audio.

Existen operacionales modernos con valores de "offset" muy bajos y elevadsima

precisin. Hay que tomar en cuenta que los circuitos integrados comparadores y los

amplificadores operacionales llevan conexiones de patillas diferentes. Se presenta un

ejemplo del comparador LM358 en un circuito:

Pgina de una hoja de especificaciones (datasheet) de un compardor.

Diseo y Simulacin de un Convertidor Analgico Digital tipo Flash de 3 bits (ste estbasado en el uso de comparadores).

Explicacin del circuito Convertidor flash de 3-bits

Es un convertidor de tipo flash o paralelo, est formado por un conjunto de comparadores

en los que la seal de entrada es comparada con voltajes de referencia. Las salidas de

dichos comparadores son conectadas a un circuito codificador con prioridad que produce

una salida binaria

Cuando el voltaje analgico a la entrada del convertidor supera el voltaje de

referencia en cada comparador, la salida de estos se satura positivamente. El codificador

genera entonces un nmero binario basado en la entrada activa de mayor orden, ignorando

el resto de entradas activas. Los convertidores Flash no slo son los ms simples en cuanto

a la teora de operacin sino que son adems los ms eficientes en trminos de velocidad.

En las figuras restantes se mostrara el funcionamiento del circuito en varia etapa.

100%

85%

57%

43%

34%

28%

24%

21%