Circuito Comparador de Tensão

Circuito Comparador de Tensão
Nikolas Libert
Aula 4
Manutenção de Sistemas Eletrônicos Industriais ET54A
Tecnologia em Automação Industrial
Amplificador Operacional
Amplificador Operacional
 A saída teórica dos amplificadores operacionais é
dada por:
VP
VN
–
VS
v S =(v P −v N )⋅A v
Onde AV é o ganho em malha aberta, sendo muito alto
(~100000) para baixas frequências.
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Amplificador Operacional
 Modelo para o ganho em malha aberta AV.
AV0
|AV|
Frequência
de ganho unitário
Ganho de baixa
frequência
Frequência
de corte
ωc UGBW
ω (rad/s)
UGBW
ωC =
AV 0
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Amplificador Operacional
 Considerando que para baixas frequências o ganho
AV de um amplificador operacional é de 100000, qual
a tensão teórica de saída se VP=1 V e VN=0 V?
VP
VN
VS
v S =(v P −v N )⋅A v
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Amplificador Operacional
 Na prática, a tensão de saída é limitada pela fonte de
alimentação.
–
VOH: Tensão máxima
que a saída do amplificador
pode fornecer.
–
VOL: Tensão mínima
que a saída do amplificador
pode fornecer.
–
Se a tensão de saída chega nos limites
diz-se que houve saturação.
–
Amplificador rail-to-rail: tensões limites
iguais à tensão de alimentação.
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VOH
VOL
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Comparador Não-Inversor
Comparador Não-Inversor
 O alto ganho de tensão em malha aberta e o
fenômeno da saturação permite que amplificadores
operacionais sejam facilmente utilizados como
comparadores de tensão.
 Qual o menor valor de vP que provocará saturação?
–
Considere AV=100000, vOH=vCC-1 V e vCC=12 V.
12 V
vP
vS
v S =(v P −v N )⋅A v
-12 V
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Comparador Não-Inversor
 No exemplo anterior, a saída seria:
–
próxima de vCC se vP>110 μV ≈ 0 V.
–
próxima de -vCC se vP<-110 μV ≈ 0 V.
 O circuito funciona como um comparador.
vP
vOH
vS
+VCC
vP
vS
t (s)
vOL
v S =(v P −v N )⋅A v
-VCC
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Comparador Não-Inversor
 Ao invés de ser aterrado, o pino vN pode ser ligado a
uma tensão de referência vRef qualquer.
v
CC
–
–
Se vE>vRef ►vS=vOH
vE
Se vE<vRef ►vS=vOL
vRef
vE
-vCC
vOH
vS
vS
vRef
t (s)
vOL
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Comparador Inversor
Comparador Inversor
 Um comparador com lógica inversa pode ser obtido
utilizando o pino vP como referência, ao invés de vN.
vcc
vref
v S =(v P −v N )⋅A v
- Se vRef>vE ►vS=vOH
- Se vRef<vE ►vS=vOL
vS
vE
-vcc
vE
vOH
vS
vRef
t (s)
vOL
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Comparador Inversor com Histerese
Comparador Inversor com Histerese
 Adicionando resistores de realimentação positiva é
possível obter um comparador com histerese.
R2
vcc
R1
vS
vE
-vcc
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Comparador Inversor com Histerese
 Considere que inicialmente vS=vOH e vE=vOL. Caso a
tensão vE seja elevada gradualmente, para qual valor
de vE a tensão na saída mudará para vOL?
R2
vcc
R1
vS
vE
-vcc
 Considere que inicialmente vS=vOL e vE=vOH. Caso a
tensão vE seja reduzida gradualmente, para qual valor
de vE a tensão na saída mudará para vOH?
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Comparador Inversor com Histerese
 O comparador é dito com histerese quando as
mudanças de vOL para vOH, e de vOH para vOL,
ocorrem para tensões de entrada diferentes.
 A histerese é um artifício que proporciona certa
imunidade à ruídos.
vS
vOH
R2
VOH.R1/(R1+R2)
vcc
R1
vE
vS
vE
-vcc
VOL.R1/(R1+R2)
vOL
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Comparador Inversor com Histerese
vE
vOH
vS
vRef+
t (s)
Vref-
vOL
vRef+=VOH.R1/(R1+R2)
vRef-=VOL.R1/(R1+R2)
Ruídos de magnitude inferior à
(vRef+ - vRef-) não interferem na
saída.
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Comparador Inversor com Histerese
 Calcule as tensões vRef+ e vRef- para o comparador
abaixo.
4,7 k
6,8 V
15 k
4,7 k
6,8 V
3,9 M
vRef
vE
vS
LM324
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Comparador Inversor com Histerese
 Calcule as tensões vRef+ e vRef- para o comparador
abaixo.
4,7 k
3,9 M
6,8 V
15 k
4,7 k
6,8 V
LM324:
vOH = vCC - 1,5 = 5,3 V
vOL ≈ 0 V
vRef
vE
2,35 k
vS
3,4 V
LM324
15 k
3,9 M
6,8 V
vRef
vE
vS
LM324
 Simule este circuito!
R:
Vref+ = 3,408 V
Vref- = 3,385 V
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Fonte Regulada com Diodo Zener
 Calcule a corrente e a dissipação de potência no diodo
Zener. Considere que o capacitor é muito grande.
 Simule o circuito comparador, utilizando o diodo Zener
para alimentar o amplificador operacional.
390
11 vef
+
+
+
-
vRet
-
C
vZ
6,8 V
1/4 W
-
 No simulador, varie a tensão de entrada em +/- 10 % e
veja como será a variação de tensão na saída do
retificador (vRet) e na saída do regulador (vZ).
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Referências
 MANCINI, Ron. Op Amps For Everyone – Design
Reference. Texas Instruments, Dallas, 2002.
 PERTENCE, Antônio Jr. Amplificadores Operacionais
e Filtros Ativos, 7ª ed., TEKNE – ARTMED, 2011.
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