Generalmente, en electrónica, el comparador se usa para comparar dos voltajes o corrientes que se dan en las dos entradas del comparador. Eso significa que toma dos voltajes de entrada, luego los compara y da un voltaje de salida diferencial, ya sea una 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 definido. El comparador se puede diseñar utilizando varios componentes como diodos, transistores, amplificadores operacionales . Los comparadores se encuentran en muchas aplicaciones electrónicas que se pueden utilizar para impulsar circuitos lógicos.
Símbolo comparador
Op-Amp como comparador
Cuando miramos de cerca el símbolo del comparador, lo reconoceremos como el Op-Amp (amplificador operacional) símbolo, entonces lo que hace que este comparador sea diferente del op-amp Op-Amp está diseñado para aceptar las señales analógicas y emitir la señal analógica, mientras que el comparador solo dará salida como una señal digital, aunque un Op-Amp ordinario podría usarse como el Comparadores (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 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 multipropósito. Por lo tanto, podríamos decir que el comparador es la versión modificada de los Op-Amps especialmente diseñados para dar la salida digital.
Comparación de los circuitos de salida del amplificador operacional y del comparador
Funcionamiento del circuito del comparador básico
El circuito comparador funciona simplemente tomando dos señales de entrada analógicas, comparándolas y luego produce la salida lógica alta '1' o baja '0'.
Circuito comparador no inversor
Al aplicar la señal analógica al comparador + entrada llamada 'no inversora' y - entrada denominada 'inversora', el circuito comparador comparará estas dos señales analógicas, si la entrada analógica en la entrada no inversora es mayor que la entrada analógica en invirtiendo, entonces la salida cambiará al nivel lógico alto y esto hará que el transistor de colector abierto Q8 en el circuito equivalente LM339 anterior para encender. Cuando la entrada analógica en no inversora es menor que la entrada analógica en la entrada inversora, entonces la salida del comparador cambiará al nivel lógico bajo.
Esto hará que el transistor Q8 se apague. Como hemos visto en la imagen del circuito equivalente LM339 anterior, el LM339 usa un transistor de colector abierto Q8 en su salida, por lo tanto, tenemos que usar el Resistencia 'pull-up' que está conectado al cable del colector Q8 con el Vcc para que este transistor Q8 funcione. Según la hoja de datos del LM339, la corriente máxima que podría fluir en este transistor Q8 (corriente de salida) es de aproximadamente 18 mA. El V- podría calcularse de la siguiente manera.
V- = R2.Vcc / (R1 + R2)
La entrada no inversora del comparador está conectada al potenciómetro de 10 K, que también está formando el circuito divisor de voltaje donde podríamos ajustar el inicio de voltaje V + desde Vcc hasta 0 voltios. Primero, cuando V + es igual a Vcc, la salida del comparador oscilará en el nivel lógico alto (Vout = Vcc) porque V + es mayor que V-.
Esto apagará el transistor Q8 y el LED se apagará. Cuando el voltaje V + cae por debajo de V- voltios, la salida del comparador oscilará en el nivel lógico bajo (Vout = GND) y esto encenderá el transistor Q8 y el LED se encenderá.
Al intercambiar la entrada analógica, el divisor de voltaje R1 y R2 conectado a la entrada no inversora (V +) y el potenciómetro conectado a la entrada inversora (V-) obtendremos el resultado de salida opuesto.
Circuito del comparador inversor
Nuevamente, usando el principio del divisor de voltaje, el voltaje en la entrada no inversora (V +) es de aproximadamente V- voltios, por lo tanto, si iniciamos el voltaje de entrada inversora (V-) en Vcc voltios, el V + es menor que el V-, esto hará que el transistor Q8 esté en ON, la salida del comparador cambiará al nivel lógico bajo. Cuando ajustamos el V- abajo debajo del V +. Entonces el transistor Q8 se APAGARÁ la salida del comparador cambiará al nivel lógico alto porque el V + ahora es mayor que V- y el LED se apagará.
Aplicación del comparador en circuitos electrónicos prácticos
El sistema de monitoreo de humedad del suelo basado en redes de sensores inalámbricos usando Arduino
los sistema de control de humedad de suelo basado en redes de sensores inalámbricos que utilizan el proyecto Arduino está diseñado para desarrollar un sistema de riego automático que puede controlar la operación de conmutación (encendido / apagado) del motor de la bomba dependiendo del contenido de humedad en el suelo.
El sistema de monitoreo de humedad
El sensor de humedad detecta la humedad del suelo y se envía una señal adecuada a la placa Arduino. El comparador comparará las señales del nivel de humedad con la señal de referencia predefinida. Luego enviará una señal al microcontrolador. Según la señal recibida de la disposición de detección y la señal del comparador, se hará funcionar 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 del sensor de latidos
Implementación del sistema del chip Heartrate Monitor
Sensor de frecuencia cardíaca HRM-2511E tiene 4 amplificadores operacionales. El cuarto Opamp se utiliza como comparador de voltaje. La señal PPG analógica se alimenta a la entrada positiva y la entrada negativa está vinculada a un voltaje de referencia (VR). La magnitud de VR se puede establecer en cualquier lugar entre 0 y Vcc a través del potenciómetro P2 (mostrado arriba). Cada vez que la onda de pulso PPG excede el voltaje umbral VR, la salida del comparador aumenta. Por tanto, esta disposición proporciona un pulso digital de salida que está sincronizado con el latido del corazón. El ancho del pulso también está determinado por el voltaje umbral VR.
Circuito de alarma de humo
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 funcionamiento del transistor Q1 no cambia. Este punto de operación se utiliza como referencia para el comparador. Cuando el humo ingresa a la región inferior, el punto de funcionamiento del fototransistor Q2 cambia, lo que da como resultado un cambio en el voltaje Vin desde el valor base (sin humo) Vin (sin humo) .Como la intensidad de la luz en la base de la foto -transistor 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 activando la alarma.
Espero que al leer este artículo haya adquirido algunos conceptos básicos y haya trabajado en el comparador. Si tiene alguna consulta sobre este artículo o sobre el proyectos de último año de electrónica y electricidad , no dude en comentar en la siguiente sección. Aquí hay una pregunta para usted: ¿Conoce alguna aplicación de sistemas integrados en los que el amplificador operacional se utilice como circuito comparador?
