centro tecnológico estadual parobé curso de eletrônica

CENTRO TECNOLÓGICO ESTADUAL PAROBÉ
CURSO DE ELETRÔNICA
SISTEMAS ANALÓGICOS
Prática: 4
Assunto: Amplificador Operacional - Parte IV
Objetivos: Montar e testar as configurações de comparadores.
Material necessário: Resistores diversos, potenciômetro de 10kΩ, CI 741, CI 339, led,
diodo 1N 4148, 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 essa 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 são o objeto do estudo deste
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 é o terra (entrada inversora).
Observando o circuito pode-se notar que devido à falta de realimentação negativa,
malha aberta, 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.
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Pelo gráfico observa-se que a saída apresenta uma mudança de estado quando o
sinal passa por zero ou, matematicamente:
Vo =
{
+ Vsat quando Vi > 0
- Vsat quando Vi < 0
Podemos também representar o comportamento do comparador através das formas de
onda da entrada e saída. Se, por exemplo, aplicarmos um sinal senoidal na entrada vi, temos:
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 um 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. Montar os dois próximos circuitos, aplicando em vi:
a) 5 VCC;
b) Onda senoidal de 5Vpp / 1KHz.
2. Observar as formas de onda da saída e da entrada, bem como a função de transferência;
3. Desenhar as formas de onda sincronizadas e a função de transferência.
2) Comparador com tensão de referência diferente de zero
1.
2.
3.
4.
Montar o circuito a seguir:
Medir a tensão de referência (entrada não inversora do operacional);
Atuar no potenciômetro e observar o que ocorre com o led;
Baseado no comportamento do led, explicar o comportamento do circuito.
5.
6.
7.
8.
Montar o circuito abaixo:
Injetar em vi um sinal senoidal de 5 VPP / 1KHz;
Observe as formas de onda da saída e da entrada, bem como a função de transferência;
Desenhar as formas de onda sincronizadas.
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
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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 modelo 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.
Tarefas:
1. Montar o comparador a seguir:
2.
3.
4.
5.
6.
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:
Observar as diferenças entre os dois comparadores.
3. Comparador de Janela
Como visto anteriormente, um comparador comum indica quando a tensão de entrada
excede um certo limite (tensão de 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 essa
característica, a sua função de transferência apresenta-se sob a forma de janela, daí o seu
nome.
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A seguir temos um circuito comparador de janela:
Tarefa:
1.
2.
3.
4.
Montar o circuito acima;
Medir os valores das tensões de referência Vref 1 e Vref 2;
Injetar na entrada Vi um sinal alternado do maior valor de amplitude que você obtiver;
Observar e desenhar as formas de onda de Vi e Vo sincronizadas.
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.
1.1 Comparador Inversor
Tarefa:
1. Montar o circuito a seguir:
2. Injetar na entrada Vi um sinal de 5Vpp / 1KHz;
3. Observar a forma de onda na entrada não inversora do 339;
4. Observar e desenhar as formas de onda de Vi e de Vo sincronizadas.
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1.2 Comparador não Inversor
Tarefa:
1. Pesquisar e reproduzir o esquema elétrico do comparador não inversor em malha fechada;
2. Obter as curvas e equações do circuito.
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