Circuito comparador de tensão

1. Circuito Comparador de Tensão
Circuito Comparador de Tensão
Nikolas Libert
Aula 4
Manutenção de Sistemas Eletrônicos Industriais ET54A
Tecnologia em Automação Industrial

2. DAELT ● Nikolas Libert ● 2
Amplificador Operacional
Amplificador Operacional
 A saída teórica dos amplificadores operacionais é
dada por:
– Onde AV é o ganho em malha aberta, sendo muito alto
(~100000) para baixas frequências.
VP
VN
VS vS=(vP−vN)⋅Av

3. DAELT ● Nikolas Libert ● 3
Amplificador Operacional
 Modelo para o ganho em malha aberta AV.
ω (rad/s)
|AV|
ωc UGBW
AV0
Ganho de baixa
frequência
Frequência
de corte
Frequência
de ganho unitário
ωC=
UGBW
AV 0

4. DAELT ● Nikolas Libert ● 4
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 vS=(vP−vN)⋅Av

5. DAELT ● Nikolas Libert ● 5
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.
VOH
VOL

6. DAELT ● Nikolas Libert ● 6
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.
vP
vS
12 V
-12 V
vS=(vP−vN)⋅Av

7. DAELT ● Nikolas Libert ● 7
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.
t (s)
vP
vS
vOH
vOL
vP
vS
+VCC
-VCC
vS=(vP−vN)⋅Av

8. DAELT ● Nikolas Libert ● 8
Comparador Não-Inversor
 Ao invés de ser aterrado, o pino vN pode ser ligado a
uma tensão de referência vRef qualquer.
– Se vE>vRef ►vS=vOH
– Se vE<vRef ►vS=vOL
vE
vS
vCC
-vCC
vRef
t (s)
vRef
vS
vOH
vOL
vE

9. DAELT ● Nikolas Libert ● 9
Comparador Inversor
Comparador Inversor
 Um comparador com lógica inversa pode ser obtido
utilizando o pino vP como referência, ao invés de vN.
vref
vS
vcc
-vcc
vE
vS=(vP−vN)⋅Av
t (s)
vRef
vS
vOH
vOL
vE
- Se vRef>vE ►vS=vOH
- Se vRef<vE ►vS=vOL

10. DAELT ● Nikolas Libert ● 10
Comparador Inversor com Histerese
Comparador Inversor com Histerese
 Adicionando resistores de realimentação positiva é
possível obter um comparador com histerese.
vS
vcc
-vcc
vE
R1
R2

11. DAELT ● Nikolas Libert ● 11
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?
 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?
vS
vcc
-vcc
vE
R1
R2

12. DAELT ● Nikolas Libert ● 12
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
vcc
-vcc
vE
R1
R2
vE
vS
vOH
vOL
VOH.R1/(R1+R2)
VOL.R1/(R1+R2)

13. DAELT ● Nikolas Libert ● 13
t (s)
vRef+
vS
vOH
vOL
vE
Vref-
vRef+=VOH.R1/(R1+R2)
vRef-=VOL.R1/(R1+R2)
Comparador Inversor com Histerese
Ruídos de magnitude inferior à
(vRef+ - vRef-) não interferem na
saída.

14. DAELT ● Nikolas Libert ● 14
Comparador Inversor com Histerese
 Calcule as tensões vRef+ e vRef- para o comparador
abaixo.
vS
6,8 V
vE
15 k
3,9 M
4,7
k
4,7
k
6,8 V
vRef
LM324

15. DAELT ● Nikolas Libert ● 15
Comparador Inversor com Histerese
 Calcule as tensões vRef+ e vRef- para o comparador
abaixo.
 Simule este circuito!
vS
6,8 V
vE
15 k
3,9 M
4,7
k
4,7
k
6,8 V
vRef
LM324
vS
6,8 V
vE
15 k
3,9 M
2,35 k
3,4 V
vRef
LM324
LM324:
vOH = vCC - 1,5 = 5,3 V
vOL ≈ 0 V
R:
Vref+ = 3,408 V
Vref- = 3,385 V

16. DAELT ● Nikolas Libert ● 16
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.
 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).
390
11 vef
+ - C
+
-
vZ
6,8 V
1/4 W
vRet
+
-

17. DAELT ● Nikolas Libert ● 17
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.