Op Amp como circuito comparador y operación de trabajo

Generalmente, en electrónica, el comparador se usa para comparar dos voltajes o corrientes que se suministran a las dos entradas del comparador. Esto significa que toma dos voltajes de entrada y luego los compara y da un voltaje de salida diferencial, señal de nivel alto o bajo. El comparador se utiliza para detectar cuándo una señal de entrada variable arbitraria alcanza el nivel de referencia o un nivel de umbral establecido. El comparador se puede diseñar utilizando varios componentes, como diodos, transistores, amplificadores operacionales. Los comparadores se encuentran en muchas aplicaciones electrónicas que se pueden usar para impulsar circuitos lógicos. En este artículo, explicamos cómo usar un amplificador operacional como circuito comparador y cómo funciona un amplificador operacional como circuito comparador. Pero, antes que nada, necesitamos saber qué es un amplificador operacional y un circuito comparador.

¿Qué es un amplificador operacional?

En la figura se muestra el amplificador de voltaje electrónico acoplado a CC de alta ganancia, que consta de dos terminales de entrada. La entrada diferencial se alimenta a ambos terminales de entrada (terminal de entrada inversora y terminal de entrada no inversora) del amplificador operacional y produce un potencial de salida único en la terminal Vout. Por lo tanto, la diferencia de potencial aplicada a sus dos terminales de entrada se amplifica para producir una salida amplificada. Esta salida amplificada es igual a cientos de miles de veces la diferencia entre las señales de entrada.

La salida del amplificador se puede dar como

Vsal = AOL (V+ – V-)

Dónde,

• AOL es un amplificador de ganancia de bucle abierto
• V+ es la entrada no inversora del amplificador
• V- es la entrada inversora del amplificador

Aunque existen diferentes tipos de amplificadores operacionales, los amplificadores operacionales 741 se utilizan con frecuencia como circuito comparador en varios circuitos electrónicos.

Cuando miramos de cerca el símbolo del comparador, lo reconoceremos como el símbolo Op-Amp (Amplificador Operacional), entonces, ¿qué hace que este comparador sea diferente del amplificador operacional? Op-Amp está diseñado para aceptar señales analógicas y emitir la señal analógica, mientras que el comparador solo dará una salida como señal digital; aunque se puede usar un amplificador operacional común como comparador (los amplificadores operacionales como LM324, LM358 y LM741 no se pueden usar directamente en circuitos comparadores de voltaje).

Los amplificadores operacionales a menudo se pueden usar como comparadores de voltaje si se agrega un diodo o un transistor a la salida del amplificador, pero el comparador real está diseñado para tener un tiempo de conmutación más rápido en comparación con los amplificadores operacionales de propósito general. Por lo tanto, podríamos decir que el comparador es la versión modificada de los amplificadores operacionales que ha sido especialmente diseñado para dar la salida digital.

Circuito comparador

El dispositivo consta de dos terminales de entrada, en los que la señal de entrada de referencia se envía a un terminal y el valor real de la señal se envía a otro terminal. Luego, se genera una señal de salida en el terminal de salida en función de la diferencia entre las dos señales de entrada aplicadas a los dos terminales de entrada. Esta señal de salida generada es 0 (baja) o 1 (alta).

En terminología eléctrica y electrónica, el dispositivo utilizado para comparar dos señales de voltaje o señales de corriente que se alimentan a los dos terminales de entrada analógica, produciendo así una señal de salida digital binaria para indicar la señal de entrada más grande, se denomina circuito comparador.

Los dos terminales de entrada analógica están representados por V+ (Vin) y V- (Vref) en el circuito comparador anterior. La salida digital se genera en el terminal de salida V0 (Vout). La señal de salida del circuito comparador está dada por

Si V+ > V- (Vin es mayor que Vref), entonces V0 = 1 y
Si V+ < V- (Vin es menor que Vref), entonces V0 = 0

Comúnmente, los comparadores se usan en dispositivos como osciladores de relajación, convertidores de analógico a digital (ADC), así como en dispositivos que se usan para medir señales analógicas. Los comparadores están hechos de amplificadores diferenciales de alta ganancia y podemos usar un amplificador operacional como circuito comparador.

Generalmente, los comparadores se clasifican en diferentes tipos, como comparadores eléctricos, comparadores electrónicos, comparadores mecánicos, comparadores ópticos, comparadores sigma, comparadores neumáticos, comparadores digitales, etc. Estos circuitos comparadores se utilizan generalmente en el diseño de proyectos eléctricos y electrónicos.

amplificador operacional como comparador

Los amplificadores operacionales 741 son amplificadores operacionales básicos que se pueden utilizar como circuito comparador en muchos circuitos electrónicos. Por ejemplo, si consideramos un interruptor de temperatura controlada; entonces la operación de conmutación se realiza en función de la temperatura. Si el valor de temperatura real excede el valor de temperatura de referencia preestablecido, el sensor de temperatura produce un voltaje de salida (bajo o alto) en consecuencia.

Si consideramos la disposición básica del comparador, habrá variaciones de voltaje de alta frecuencia causadas por el ruido. Este problema debe tenerse en cuenta en el caso de amplificadores operacionales que se diseñan en particular como circuitos comparadores. Este ruido se produce siempre que la señal de tensión de entrada y la señal de tensión de referencia estén próximas entre sí.

Las variaciones de voltaje de alta frecuencia se deben a la naturaleza aleatoria del ruido, por lo que, en rápida sucesión, el voltaje de la señal de entrada sube o baja que el voltaje de referencia. Así, la señal de salida oscilará entre su nivel máximo de tensión y su nivel mínimo de tensión. Este problema se puede reducir aplicando histéresis. Podemos ajustar la desviación de histéresis en la disposición del circuito disparador Schmitt aplicando histéresis a un circuito comparador de amplificador operacional usando retroalimentación positiva. La figura muestra el amplificador operacional como circuito comparador con histéresis.

Op Amp como operación de circuito comparador

En general, la salida de un amplificador operacional fluctúa positiva y negativamente hasta un voltaje extremo que es aproximadamente igual a los potenciales de suministro. Si se conecta un amplificador operacional 741 a +/-18 V, el voltaje de salida máximo se da como +/-15 V. Esto se debe a la ganancia de bucle abierto extremadamente alta del amplificador operacional (10.000 a 1 millón). Entonces, si cualquier entrada crea +/- 150 microvoltios de diferencia de voltaje, entonces se amplificará aproximadamente un millón de veces y la salida se saturará. Así, la salida permanece en su valor máximo o mínimo.

Cuando se usa un amplificador operacional como comparador en la instrumentación, el bucle abierto se puede usar para comparar los dos voltajes. Por lo tanto, dependiendo de la diferencia entre el valor del voltaje de entrada y el valor del voltaje de referencia, la salida Vout será igual al valor máximo alto o al valor mínimo bajo (el valor del voltaje de entrada será mayor o menor que el valor del voltaje de referencia). voltaje por unos pocos microvoltios).

El voltaje de referencia se alimenta al terminal de entrada no inversora del amplificador operacional y el voltaje variable se alimenta al terminal de entrada inversora del amplificador operacional. Considere el diagrama de circuito del comparador de amplificador. operativo que se muestra en la figura, si el voltaje suministrado al pin 2 es más alto que el voltaje de referencia suministrado al pin 3, el voltaje de salida se vuelve bajo y es ligeramente superior a -Vs. Si el voltaje suministrado al pin 2 es más bajo que el voltaje de referencia suministrado al pin 3, el voltaje de salida se vuelve alto y es ligeramente inferior a +Vs.

Hay muchos amplificadores operacionales dedicados a la operación del comparador, estos circuitos comparadores de amplificadores operacionales se utilizan para comparaciones de alta velocidad. El estado de salida de estos circuitos comparadores de amplificadores operacionales cambia en menos de 1 microsegundo. Pero estos circuitos comparadores de amplificadores operacionales de alta velocidad consumen más energía, dependiendo de la velocidad de comparación. Según la velocidad de las comparaciones y la cantidad de energía consumida, estos comparadores se clasifican en diferentes tipos. El comparador de amplificador operacional específico se puede utilizar para una aplicación particular dependiendo de la velocidad y/o el consumo de energía requerido.

Aplicación del op-amp como comparador en circuitos electrónicos prácticos

El sistema de monitoreo de temperatura y humedad del suelo basado en redes inalámbricas de sensores utilizando el proyecto Arduino está diseñado para desarrollar un sistema de riego automático que controla el encendido y apagado del motor de la bomba mediante la detección del contenido de humedad del suelo.

La disposición de detección detecta la humedad del suelo y se envía una señal adecuada a la placa Arduino. Esto se logra mediante el uso de un amplificador operacional como circuito comparador que actúa como interfaz entre el dispositivo de detección y el microcontrolador. Según la señal recibida del dispositivo sensor, se acciona la bomba de agua. La pantalla LCD se utiliza para mostrar el estado del contenido de humedad del suelo y la bomba de agua.

Circuito de alarma de humo

Los fotodiodos emiten luz que es detectada por los fototransistores Q1 y Q2. La región superior está sellada y, por lo tanto, el punto de operación del transistor Q1 no cambia. Este punto de operación sirve como referencia para el comparador.

Cuando el humo ingresa a la región inferior, el punto de operación del fototransistor Q2 cambia, lo que hace que el voltaje Vin cambie del valor base (sin humo) Vin (sin humo). Cuando la intensidad de la luz en la base del fototransistor disminuye debido a la entrada de humo en la región, la corriente base disminuye y el voltaje Vin aumentará desde el valor base (sin humo) Vin (sin humo). Cuando el voltaje Vin cruza Vref, la salida del comparador cambia de VL a VH y activa la alarma.

Se trata de una descripción general del amplificador operacional como comparador. Espero que al leer este artículo hayas adquirido algunos conceptos básicos y hayas trabajado en el comparador. Si tiene alguna pregunta sobre este artículo o los proyectos electrónicos y eléctricos del año pasado, no dude en comentar en la sección a continuación. Aquí hay una pregunta para usted, ¿conoce alguna aplicación de sistema integrado donde el amplificador operacional se use como circuito comparador?