Circuito comparador

El tutorial de amplificadores operativos Incluye:
Introducción Resumen de circuitos Amplificador de inversión Amplificador de suma Amplificador no inversor Amplificador de ganancia variable Filtro activo de paso alto Filtro activo de paso bajo Filtro de paso de banda Filtro de muesca Comparador de filtros Multivibrador de disparador de Schmitt Integrador Biestable Diferenciador Oscilador de puente de Viena Oscilador de cambio de fase

Los circuitos que comparan dos voltajes y dan una salida digital dependiente de la comparación de los dos voltajes se utilizan a menudo dentro del diseño de circuitos electrónicos.

Para un circuito comparador, se necesita un amplificador de alta ganancia para que incluso los pequeños cambios en la entrada den como resultado una conmutación firme del nivel de salida.

Los amplificadores operativos se utilizan en muchos diseños de circuitos electrónicos, pero los chips comparadores específicos proporcionan un rendimiento mucho mejor.

Aplicaciones de comparación

Hay muchos usos para los circuitos de comparación dentro del diseño de circuitos electrónicos.

A menudo es necesario ser capaz de detectar un determinado voltaje y cambiar un circuito de acuerdo con el voltaje que se ha detectado.

Un ejemplo podría ser para su uso en un circuito de detección de temperatura. Esto puede producir un voltaje variable que depende de la temperatura. Puede ser necesario encender la calefacción cuando la temperatura cae por debajo de un punto determinado y esto se puede lograr utilizando un comparador para detectar cuando la tensión proporcional a la temperatura ha caído por debajo de un cierto valor.

Para estos y muchos otros usos, se puede usar un circuito conocido como comparador.

¿Qué es un comparador?

Como el comparador de nombre implica, estos componentes y circuitos electrónicos se utilizan para comparar dos voltajes.

Cuando uno es más alto que el otro, la salida del circuito del comparador está en un estado, y cuando las condiciones de entrada se invierten, la salida del comparador cambia al otro estado.

El comparador essential consiste en un amplificador de alta ganancia que tiene una entrada diferencial: una entrada invertida y una entrada no invertida.

En términos de funcionamiento, el comparador cambia entre alto y bajo dependiendo del estado de las entradas. Si la entrada no invertida es mayor que la invertida, entonces la salida es alta. Si la entrada no invertida es menor que la invertida, la salida es alta.

Comparadores y amplificadores operativos

Mientras que es fácil usar un amplificador operativo como comparador, especialmente cuando puede ser fácil de usar si un chip que contiene varios amplificadores operativos tiene uno de repuesto. Sin embargo, no siempre es aconsejable adoptar este enfoque. Es posible que el amplificador de operación no siempre funcione correctamente o que no ofrezca el rendimiento óptimo. Dicho esto, cuando la aplicación no es exigente, siempre es tentador usar estos componentes electrónicos porque puede que ya estén disponibles.

El rendimiento de los chips comparadores y amplificadores operativos es bastante diferente en varios aspectos:

• Latch-up de amplificador operativo: En algunas condiciones, especialmente cuando un amplificador operativo se está manejando con fuerza, es posible que se enganche, es decir, incluso cuando la entrada cambia, la salida sigue siendo la misma. Los comparadores están diseñados para funcionar en este modo y nunca deben engancharse.

  Esta es una área clave en la que el uso de un comparador en lugar de un amplificador operativo puede ser una clara ventaja.

• Operación de bucle abierto: Los amplificadores operativos están diseñados para ser utilizados en modo de bucle cerrado y su circuito está optimizado para este tipo de escenario. Su funcionamiento no se caracteriza en modo de bucle abierto.

• Digital vs analógico: Los amplificadores operativos son componentes analógicos esenciales y sus circuitos internos están diseñados para funcionar en esta región. Los comparadores están diseñados para funcionar como una función lógica, es decir, en modo digital.

  Esto significa que los amplificadores operativos son mejores cuando funcionan en un modo analógico con la salida no golpeando los rieles, mientras que los comparadores no son tan buenos para operar en un modo lineal y son mucho mejores para operar con niveles lógicos.

• Etapas de salida: Las etapas de salida de los amplificadores y comparadores operativos son muy diferentes. Los amplificadores normalmente operativos tienen una salida lineal, a menudo operando de forma simétrica complementaria para dar un rendimiento lineal óptimo para la salida.

  Los comparadores a menudo tienen una salida de colector abierto adecuada para conducir a interfaces digitales. Están diseñados para interactuar con circuitos lógicos, proporcionando una entrada lógica a partir de una comparación de voltajes analógicos.

  

• Tiempos de respuesta: Los comparadores están optimizados para proporcionar tiempos de respuesta y conmutación muy rápidos. Las velocidades de giro son rápidas y proporcionan un rendimiento óptimo.

  Los amplificadores operativos no están optimizados para estas características. Tienden a ser componentes electrónicos mucho más lentos optimizados para operación lineal en lugar de velocidad.

• Voltaje de salida & voltaje de saturación: Los comparadores generalmente pueden conducir dentro de pequeños límites de las tensiones del carril. Esto es necesario para una buena conmutación de circuitos lógicos. Los amplificadores de operación no podrán conducir con fuerza a los rieles, ya que tienen un cierto voltaje de saturación, lo que puede provocar una mala conmutación de los circuitos lógicos.

En vista de estos factores, siempre es preferible utilizar un chip comparador donde se prevea este tipo de operación.

amplificador Operacional comparador

es posible utilizar un amplificador operacional como comparador ya que cumple con los requisitos básicos para la función.

En funcionamiento, el amplificador operativo entra en saturación positiva o negativa dependiendo de los voltajes de entrada. Como la ganancia del amplificador operativo generalmente superará los 100 000, la salida se saturará cuando las entradas estén separadas por fracciones de milivoltios.

Aunque los amplificadores operativos son ampliamente utilizados como comparadores, los chips comparadores especiales son mucho mejores.

Estos chips comparadores específicos ofrecen tiempos de conmutación muy rápidos, muy por encima de los ofrecidos por la mayoría de los amplificadores operativos que están diseñados para aplicaciones más lineales. Las tasas de giro típicas se encuentran en la región de varios miles de voltios por microsegundo, aunque se citan más a menudo las cifras de retardo de propagación.

Un circuito comparador típico tendrá una de las entradas a un voltaje determinado. Esto a menudo puede ser un divisor potencial de un suministro o fuente de referencia. La otra entrada se lleva al punto que se detecta.

Dentro de este diagrama, la tensión de conmutación es generada por el divisor de potencial que consta de R1 y R2. Esto establece el voltaje en una entrada del comparador – en este caso la entrada de inversión. La entrada no invertida de este circuito está conectada al punto que requiere detección. Cuando la tensión en este punto se eleva por encima de la tensión de referencia, la salida del comparador aumentará, y cuando caiga por debajo de la tensión de referencia, la salida disminuirá.

Normalmente, el comparador se accionará desde los mismos rieles de tensión que los del sistema. Para la lógica de 5V, el comparador normalmente se accionaría desde un riel de 5V.

Notas del comparador de amplificadores operativos

p > Hay una serie de puntos que debe recordar al usar circuitos comparadores. Hay algunas diferencias entre los circuitos amplificadores operativos normales y los circuitos comparadores que deben tenerse en cuenta durante cualquier diseño de circuito electrónico.

• Asegúrese de que la entrada diferencial no se exceda: Como no hay retroalimentación, las dos entradas al circuito estarán a diferentes voltajes. En consecuencia, es necesario garantizar que no se supere la entrada diferencial máxima. Todas las posibilidades del estado del circuito deben considerarse en la etapa de diseño del circuito electrónico.
• Cambio de corriente de entrada: De nuevo, como resultado de la falta de retroalimentación, la carga presentada por el comparador a la fuente cambiará. Particularmente a medida que el circuito cambia, habrá un pequeño aumento en la corriente de entrada. Para la mayoría de los circuitos, esto no será un problema, pero si la impedancia de la fuente es alta, puede dar lugar a algunas respuestas inusuales. Esto debe tenerse en cuenta durante el diseño del circuito electrónico.
• Ruido de señal de entrada: El principal problema con este circuito es que el nuevo punto de cambio, incluso pequeñas cantidades de ruido harán que la salida cambie de un lado a otro. Por lo tanto, cerca del punto de cambio, puede haber varias transiciones en la salida y esto puede dar lugar a problemas en otras partes del circuito general. La solución a esto es usar un disparador Schmitt.
  Leer más sobre el . . . . Circuito de gatillo Schmitt.

• Cuando se requiere una función de comparación, es mejor usar un chip de comparación: Cuando se requiere una función de comparación, siempre es preferible usar un chip de comparación si es posible. Si uno de estos componentes electrónicos no está disponible y se necesita usar un amplificador de operación, tenga cuidado de no sobrecargar la entrada para que se produzca el cierre.

Uso de un chip comparador

Cuando se necesita un circuito comparador, siempre es mejor optar por un chip comparador específico como base del circuito.

Los chips comparadores son mucho mejores para manejar el cambio entre dos valores y a menudo pueden tener etapas de salida que pueden interactuar más fácilmente con la lógica que los amplificadores operativos analógicos.

En términos de funcionamiento básico del circuito, la principal diferencia es que la mayoría de los comparadores tienen una salida de colector abierto y requieren una resistencia de tracción externa u otra circuitería.

Los amplificadores operativos son muy baratos y están muy disponibles. Los comparadores no son tan baratos ni tan libremente disponibles, ya que estos componentes electrónicos tienden a usarse un poco menos y pueden ser un poco más caros, pero no en gran medida. No debería haber problemas con su uso.

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