Amplificador comparador
Listado de subtemas
Temporizador con amplificador operacional
Control on off de temperatura sin histéresis v1.0
Control on off de temperatura sin histéresis v2.0
El opamp comparador es la única aplicación del amplificador operacional en lazo abierto. Realiza la comparación de dos señales de entrada y de acuerdo al resultado hace que la señal de salida se ponga en alto o en bajo. Debido al alto valor que presenta la ganancia diferencial Ad del amplificador operacional al existir una diferencia entre -IN (pin inversor) y +IN (pin no inversor) automáticamente el amplificador se satura, cuando -IN es menor que +IN la salida vo es igual a VOH, cuando -IN es mayor que +IN la salida vo es igual a VOL. El circuito es el siguiente:
Las variaciones de vo no son instantáneas sino que están limitadas a la velocidad de respuesta del Opamp también conocida como slew rate (tasa de cambio), es decir el tiempo para conmutar de VOL a VOH o viceversa esta limitada a un tiempo mínimo. Este tiempo de respuesta esta dado por la siguiente ecuación:
El voltaje de salida vo esta dado por la siguiente ecuación:
En vista que la ganancia diferencial es muy grande (idealmente tiende a infinito) se supondría que vo también tendría valores muy grandes pero en realidad la salida estará limitada entre VOH y VOL, entonces la señal de salida estará dada por las siguientes ecuaciones:
Ahora idealmente VOH y VOL son los mismos voltajes de polarización V+ y V- respectivamente pero en la práctica VOH es un poco menor que V+ y VOL es un poco mayor que V-.
Temporizador con amplificador operacional
Control on off de temperatura sin histéresis v1.0
Control on off de temperatura sin histéresis v2.0
El opamp comparador es la única aplicación del amplificador operacional en lazo abierto. Realiza la comparación de dos señales de entrada y de acuerdo al resultado hace que la señal de salida se ponga en alto o en bajo. Debido al alto valor que presenta la ganancia diferencial Ad del amplificador operacional al existir una diferencia entre -IN (pin inversor) y +IN (pin no inversor) automáticamente el amplificador se satura, cuando -IN es menor que +IN la salida vo es igual a VOH, cuando -IN es mayor que +IN la salida vo es igual a VOL. El circuito es el siguiente:
Ejemplo didáctico practico. Se usa el amplificador UA741 configurado como comparador. Por la entrada -IN (pin inversor) esta un divisor de voltaje de 6 voltios y por la entrada +IN (pin no inversor) está un potenciómetro de 10kΩ. La salida es un led conectado en serie con una resistencia de 1kΩ. Cuando la señal de voltaje del potenciómetro supere la del divisor de voltaje el led se prendera y cuando sea menor el led se apagará. Además se hace uso de una fuente simple de 12 voltios.
Simulación. La señal +IN (potenciómetro) es la línea de color azul y la señal -IN (divisor de voltaje) es la línea de color rojo. La señal de salida vo es la línea de color amarillo. Se observa que cuando la señal +IN es mayor que la señal -IN la salida vo es VOH y que cuando la señal +IN es menor que la señal -IN la señal de salida vo es VOL.
Cosas a tener en cuenta
- El amplificador comparador funciona con fuente dual, simple o asimétrica. Solo se debe recordar que la salida del amplificador vo no será V+ y V- (voltajes de polarización) sino VOH y VOL (voltajes de saturación).
-El amplificador comparador tiene varias aplicaciones, se puede usar como temporizador, como control on off de temperatura, y también como PWM variable.
- Comercialmente hay amplificadores operacionales diseñados específicamente para ser comparadores. Tienen un slew rate muy alto ya que la señal de salida es una señal cuadrada. Algunas referencias conocidas son el lm339, el lm393 o el lm2903.
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