centro tecnológico estadual parobé curso de eletrônica

CENTRO TECNOLÓGICO ESTADUAL PAROBÉ
CURSO DE ELETRÔNICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA II
Prática: 5
Assunto: Amplificador Operacional - Parte V
Objetivos: Montar e testar configurações de comparadores.
Material necessário: Resistores diversos, potenciômetro de 10kΩ, CI 741, CI 339,
gerador de sinais, fonte simétrica e osciloscópio.
Elaboração: Carla e Jorge Henrique
COMPARADORES
São circuitos que se destinam a comparar dois sinais entre si. Normalmente um destes sinais é
uma tensão de referência, e o outro é o sinal do monitoramento de uma variável, muitas vezes proveniente
de um sensor. A resposta a esta comparação gera na saída do comparador um resultado binário, saturação
positiva (nível alto), ou saturação negativa (nível baixo).
Basicamente, há dois tipos de comparadores, os comparadores de malha aberta e os
comparadores de malha fechada. Algumas configurações básicas constam neste material.
Comparador em Malha Aberta
1. Configurações com Amplificador Operacional (741)
1.1 Comparador não Inversor
O sinal a ser comparado é aplicado na entrada não inversora do operacional e a referência no
terra (entrada inversora).
Observando o circuito pode-se notar que devido à falta de realimentação negativa, não há
controle do ganho do operacional, assim a saída satura, positivamente ou negativamente, conforme a
entrada é maior ou menor que a referência.
Colocando a relação entre Vi e Vo sob a forma de gráfico, temos a chamada função de
transferência do comparador ideal.
1 de 6
Pelo gráfico observa-se que a saída apresenta uma mudança de estado quando o sinal passa por
zero ou, matematicamente:
+ Vsat quando Vi > 0
Vo =
- Vsat quando Vi < 0
{
Podemos também representar o comportamento do comparador através das formas de onda da
entrada e saída.
1.2 Comparador Inversor
Utilizando o mesmo raciocínio para o comparador inversor, obtêm-se:
vo =
{
+ Vsat quando vi < 0
- Vsat quando vi > 0
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Os dois comparadores vistos acima tinham como referência sinal nulo, pois esta estava
conectada ao terra. Se utilizarmos referência não nula, o comparador agora simplesmente vai mudar o
ponto de comutação da saída, e isto será visto na parte prática.
Tarefas:
1) Comparador com tensão de referência zero
1.
2.
Montar os dois próximos circuitos, observando as formas de onda da saída e da entrada,
bem como a função de transferência;
Desenhar as formas de onda sincronizadas.
Onde:
Vi → Onda senoidal de
5Vpp / 1KHz
2) Comparador com tensão de referência diferente de zero
1.
2.
3.
4.
Montar os dois circuitos a seguir;
Medir a tensão de referência;
Observar as formas de onda da saída e da entrada, bem como a função de transferência;
Desenhar as formas de onda sincronizadas.
Onde:
Vi → Onda senoidal de
10 Vpp / 1 KHz
3 de 6
2. Configurações com CI Comparador (339)
O CI 741, apesar de ser um amplificador operacional, pode ser utilizado na
configuração de comparador, conforme visto anteriormente, mas devido a características de seu
circuito interno, o mesmo não apresenta transição suficientemente rápida na saída. Devido a isto,
foram criados CI’s especialmente para esta função, que são mais rápidos na troca de nível. Um
tipo bastante utilizado é o CI 339.
Abaixo vemos a configuração de um comparador não inversor que utiliza o CI 339.
Note que na saída do comparador temos um resistor,
chamado de Rpull-up, ele é necessário porque o 339, assim como
outros CI’s comparadores, possuem a saída em coletor aberto. Essa
característica também pode tornar o comparador compatível com
famílias lógicas TTL e CMOS, graças à possibilidade de ligação da
tensão +V a um potencial diferente da polarização do circuito
integrado.
Tarefa:
1. Montar o comparador a seguir:
2.
3.
4.
5.
Injetar na entrada Vi uma tensão senoidal de 5Vpp / 1KHz;
Observar com o osciloscópio as tensões de entrada Vi e de saída Vo;
Desenhar as formas de onda sincronizadas;
Repetir os itens 2. e 3. para o comparador abaixo:
6. Observar as diferenças entre os dois comparadores;
7. Comparar ainda com os comparadores montados com o 741.
3. Comparador de Janela
Como visto anteriormente, um comparador comum indica quando a tensão de entrada
excede um certo limite, referência, fornecendo em sua saída nível alto ou baixo. Já um
comparador de janela, detecta quando a tensão de entrada situa-se entre dois limites (duas
referências), fornecendo em sua saída nível alto apenas nesta situação. Devido a esta
característica, a sua função de transferência apresenta-se sob a forma de janela, daí o seu nome.
4 de 6
Abaixo temos um circuito comparador de janela:
Tarefa:
1.
2.
3.
4.
5.
Montar o circuito acima;
Medir os valores das tensões de referência Vref 1 e Vref 2;
Injetar na entrada Vi um sinal de 10Vpp / 1KHz;
Observar e desenhar as formas de onda de Vi e Vo sincronizadas;
Observar e desenhar a função de transferência do comparador.
Pinagem do 339
Comparador em Malha Fechada
O comparador em malha fechada, ou Schimitt-Trigger como também é conhecido, diferencia-se
dos anteriores por apresentar no mesmo ponto de referência dois valores diferentes de tensões. Este
deslocamento, gerado por duas tensões de referência, garante a este tipo de comparador maior imunidade
a ruído do que os comparadores anteriores.
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1.1 Comparador Inversor
Tarefa:
1.
Montar o circuito a seguir:
2.
3.
4.
Injetar na entrada Vi um sinal de 5Vpp / 1KHz, sem nível DC;
Observar a forma de onda na entrada não inversora do 339;
Observar e desenhar as formas de onda de Vi e de Vo sincronizadas.
1.2 Comparador não Inversor
Tarefa:
1.
2.
Pesquisar e reproduzir o esquema elétrico do comparador não inversor em malha fechada;
Obter as curvas e equações do circuito;
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