Aplicaciones de comparación

Un comparador es un componente electrónico que compara dos voltajes de entrada. Los comparadores están estrechamente relacionados con los amplificadores operacionales , pero están diseñados para funcionar con retroalimentación positiva y con su salida saturada en uno u otro riel de alimentación. Si es necesario, se puede utilizar un amplificador operacional como comparador, aunque su rendimiento será deficiente, y su velocidad de respuesta se verá afectada.

Salida biestable que indica cuál de las dos entradas tiene un voltaje más alto. Es decir,

${\displaystyle V_{\text{out}}={\begin{cases}V_{{\text{S}}+}&{\text{si }}V_{1}>V_{2},\\V_{{\text{S}}-}&{\text{si }}V_{1}<V_{2},\\0&{\text{si }}V_{1}=V_{2},\end{cases}}}$

dónde${\displaystyle V_{{\text{S}}+}}$y${\displaystyle V_{{\text{S}}-}}$son nominalmente las tensiones de alimentación positiva y negativa (que no se muestran en el diagrama).

El detector de umbral con histéresis consta de un amplificador operacional y una serie de resistencias que proporcionan histéresis. ^{[ 1 ] : 5 [ 2 ] : 7 [ 3 ]} Al igual que otros detectores, este dispositivo funciona como un interruptor de voltaje , pero con una diferencia importante. El estado de la salida del detector no se ve afectado directamente por el voltaje de entrada, sino por la caída de voltaje a través de sus terminales de entrada (aquí, denominada Va). Según la Ley de Corrientes de Kirchhoff , este valor depende de Vin y del voltaje de salida del propio detector de umbral, ambos multiplicados por una relación de resistencias.

${\displaystyle V_{+}={R_{2} \over {R_{1}+R_{2}}}V_{in}+{R_{1} \over {R_{1}+R_{2}}}V_{out}}$

A diferencia del detector de cruce por cero, el detector con histéresis no conmuta cuando Vin es cero; en cambio, la salida se convierte en Vsat+ cuando Va se vuelve positiva y en Vsat- cuando Va se vuelve negativa. Un análisis más detallado de la ecuación de Va revela que Vin puede superar cero (positivo o negativo) en cierta magnitud antes de que la salida del detector cambie. Ajustando el valor de R1, se puede aumentar o disminuir la magnitud de Vin que provoca la conmutación del detector. La histéresis es útil en diversas aplicaciones. Presenta una mayor inmunidad al ruido que el detector de nivel, que se utiliza en circuitos de interfaz. Su retroalimentación positiva tiene una transición más rápida, por lo que se utiliza en aplicaciones de temporización, como los contadores de frecuencia. También se utiliza en multivibradores astables presentes en instrumentos como los generadores de funciones.

Un detector de cruce por cero es un comparador cuyo nivel de referencia se establece en cero. Se utiliza para detectar los cruces por cero de señales de corriente alterna. Puede construirse a partir de un amplificador operacional con una tensión de entrada en su entrada positiva (véase el diagrama del circuito) .

Cuando la tensión de entrada es positiva, la tensión de salida es positiva; cuando la tensión de entrada es negativa, la tensión de salida es negativa. La magnitud de la tensión de salida es una propiedad del amplificador operacional y de su fuente de alimentación.

Entre sus aplicaciones se incluyen la conversión de una señal analógica a un formato adecuado para mediciones de frecuencia, en bucles de enganche de fase o el control de circuitos de electrónica de potencia que deben conmutar con una relación definida a una forma de onda de corriente alterna .

Un detector de ejemplo podría aprovechar la propiedad de que la frecuencia instantánea de una onda FM está dada aproximadamente por${\displaystyle f_{i}={\frac {\Delta t}{2}}}$ dónde${\displaystyle \Delta t}$es la diferencia de tiempo entre cruces por cero adyacentes de la onda FM. ^{[ 4 ]}

Un multivibrador biestable implementado como un comparador con histéresis .

En esta configuración, el voltaje de entrada se aplica a través del divisor de voltaje formado por${\displaystyle {R_{1}}}$y${\displaystyle {R_{2}}}$(que puede ser la resistencia interna de la fuente) a la entrada no inversora y la entrada inversora está conectada a tierra o referenciada. La curva de histéresis es no inversora y los umbrales de conmutación son${\displaystyle \pm {\frac {R_{1}}{R_{2}}}V_{\text{sat}}}$dónde${\displaystyle V_{\text{sat}}}$es la magnitud de salida máxima del amplificador operacional.

Alternativamente, la fuente de entrada y la tierra pueden intercambiarse. Ahora el voltaje de entrada se aplica directamente a la entrada inversora, y la entrada no inversora se conecta a tierra o se referencia. La curva de histéresis es inversora y los umbrales de conmutación son${\displaystyle \pm {\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}V_{\text{sat}}}$Esta configuración se utiliza en el oscilador de relajación que se muestra a continuación.

Al utilizar una red RC para añadir una retroalimentación negativa lenta al disparador Schmitt inversor , se forma un oscilador de relajación . La retroalimentación a través de la red RC provoca que la salida del disparador Schmitt oscile en una onda cuadrada simétrica continua (es decir, el disparador Schmitt en esta configuración es un multivibrador astable ).