Generalmente, los comparadores se clasifican en varios tipos, como comparadores eléctricos, comparadores electrónicos, comparadores mecánicos, comparadores ópticos, comparadores sigma, comparadores neumáticos, comparadores digitales, etc. Estos circuitos comparadores se utilizan normalmente en el diseño de sistemas eléctricos y proyectos de electrónica . En este artículo, discutimos cómo usar un amplificador operacional como circuito comparador y la operación de trabajo del amplificador operacional como circuito comparador. Pero, principalmente, debemos saber qué es un circuito amplificador y comparador operacional.

Amplificador operacional

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En la figura se muestra el amplificador de voltaje electrónico acoplado a CC con alta ganancia, que consta de dos terminales de entrada. La entrada diferencial se alimenta a los dos terminales de entrada (terminal de entrada inversora y terminal de entrada no inversora) del amplificador operacional y produce un único potencial de salida en la terminal Vout. Por tanto, la diferencia de potencial alimentada a sus dos terminales de entrada se amplifica para producir una salida amplificada. Esta salida amplificada es igual a cientos de miles de veces de diferencia entre las señales de entrada.

La salida del amplificador se puede dar como

Vout = AOL (V + - V-)

Dónde,

AOL es una ganancia de bucle abierto del amplificador
V + es la entrada no inversora del amplificador
V- es la entrada inversora del amplificador

Aunque hay varios tipos de amplificadores operacionales , 741 amplificadores operacionales se utilizan con frecuencia como circuito comparador en varios circuitos electrónicos.

Circuito comparador

El dispositivo que consta de dos terminales de entrada, en el que la señal de entrada de referencia se alimenta a un terminal y el valor real de la señal se alimenta a otro terminal. Luego, se genera una señal de salida en el terminal de salida basándose en la diferencia entre las dos señales de entrada alimentadas a los dos terminales de entrada. Esta señal de salida generada es 0 (baja) o 1 (alta).

En terminología eléctrica y electrónica, el dispositivo utilizado para comparar dos señales de voltaje o señales de corriente que se alimentan a los dos terminales de entrada analógica, produciendo así una señal de salida digital binaria para indicar la señal de entrada más grande se denomina como circuito comparador .

Circuito comparador

Los dos terminales de entrada analógica se representan como V + (Vin) y V- (Vref) en el circuito comparador anterior. La salida digital se genera en el terminal de salida V0 (Vout). La señal de salida del circuito comparador viene dada por

Si V +> V- (Vin es mayor que Vref), entonces V0 = 1 y
Si V +

Generalmente, los comparadores se utilizan en dispositivos como osciladores de relajación, convertidores de analógico a digital (ADC) y también en los dispositivos que se utilizan para medir señales analógicas. Los comparadores consisten en amplificadores diferenciales de alta ganancia y podemos usar un amplificador operacional como circuito comparador.

Amplificador operacional como comparador

Los amplificadores operacionales 741 son amplificadores operacionales básicos que se pueden usar como circuito comparador en muchos circuitos electrónicos. Por ejemplo, si consideramos un interruptor de temperatura controlada luego, la operación de conmutación se realiza en función de la temperatura. Si el valor de temperatura real excede el valor de temperatura de referencia preestablecido, el sensor de temperatura produce un voltaje de salida (bajo o alto) en consecuencia.

Si consideramos la disposición básica del comparador, habrá variaciones de voltaje de alta frecuencia causadas por ruido. Es necesario considerar este problema en el caso de amplificadores operacionales que están diseñados particularmente como circuitos comparadores. Este ruido se produce siempre que la señal de voltaje de entrada y la señal de voltaje de referencia estén cerca una de la otra.

Amplificador operacional como circuito comparador

Las variaciones de voltaje de alta frecuencia se deben a la naturaleza aleatoria del ruido, debido a esto, en sucesiones rápidas, el voltaje de la señal de entrada se vuelve mayor o menor que el voltaje de referencia. Por lo tanto, la señal de salida oscilará entre su nivel de voltaje máximo y el nivel de voltaje mínimo. Este problema se puede reducir aplicando histéresis . Podemos ajustar la brecha de histéresis en la disposición del circuito de disparo de Schmitt aplicando histéresis a un circuito comparador de amplificador operacional utilizando retroalimentación positiva. La figura muestra el amplificador operacional como circuito comparador con histéresis.

Amplificador operacional como funcionamiento del circuito comparador

En general, la salida de un amplificador operacional fluctúa de positivo y negativo a voltaje extremo que es aproximadamente igual a los potenciales de suministro. Si un 741 en amplificador está conectado a +/- 18V, entonces el voltaje de salida máximo se da como +/- 15V. Esto se debe a la ganancia de lazo abierto extremadamente alta del amplificador operacional (10,000 a 1 millón). Por lo tanto, si cualquier entrada crea +/- 150 microvoltios de diferencia de voltaje, entonces se amplificará aproximadamente un millón de veces y la salida se saturará. Por lo tanto, la salida permanece en su valor máximo o mínimo.

Operación de funcionamiento del diagrama del circuito del comparador como amplificador operacional

Mientras se usa el amplificador operacional como comparador en la instrumentación, el bucle abierto se puede usar para comparar los dos voltajes. Por lo tanto, dependiendo de la diferencia entre el valor del voltaje de entrada y el valor del voltaje de referencia, la salida Vout será igual al valor alto máximo o al valor mínimo mínimo (el valor del voltaje de entrada será mayor o menor que el valor del voltaje de referencia pocos por micro voltios).

El voltaje de referencia se alimenta al terminal de entrada no inversora del amplificador operacional y el voltaje variable se alimenta al terminal de entrada inversora del amplificador operacional. Considere el diagrama del circuito comparador del amplificador operacional que se muestra en la figura, si el voltaje alimentado al pin 2 es mayor que el voltaje de referencia alimentado al pin 3, entonces el voltaje de salida se vuelve bajo y es marginalmente mayor que –Vs. Si el voltaje alimentado al pin 2 es menor que el voltaje de referencia alimentado al pin 3, entonces el voltaje de salida se vuelve alto y es marginalmente menor que + Vs.

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Hay muchos amplificadores operacionales dedicados a la operación de comparadores, estos circuitos comparadores de amplificadores operacionales se utilizan para comparaciones de alta velocidad. El estado de salida de estos circuitos comparadores de amplificador operacional cambia en menos de 1 microsegundo. Pero, estos circuitos comparadores de amplificador operacional de comparación de alta velocidad consumen más energía, dependiendo de la velocidad de comparación. Según la velocidad de las comparaciones y la cantidad de consumo de energía, estos comparadores se clasifican en diferentes tipos. El comparador de amplificador operacional específico se puede usar para una aplicación particular dependiendo de la velocidad requerida y / o el consumo de energía .

Aplicación del amplificador operacional como comparador en circuitos electrónicos prácticos

El sistema de monitoreo de temperatura y humedad del suelo basado en redes de sensores inalámbricos que utilizan Proyecto Arduino está diseñado para desarrollar un sistema de riego automático que controla la operación de conmutación (encendido y apagado) del motor de la bomba al detectar el contenido de humedad del suelo.

El sistema de monitoreo de temperatura y humedad del suelo basado en redes de sensores inalámbricos que usan Arduino por Edgefxkits.com

La disposición de detección detecta la humedad del suelo y se envía la señal adecuada a la placa Arduino. Esto se logra utilizando un amplificador operacional como circuito comparador que actúa como interfaz entre la disposición de detección y el microcontrolador. Según la señal recibida del dispositivo de detección, se hace 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.

Además, se puede proporcionar asistencia técnica en función de sus consultas publicadas en la sección de comentarios a continuación. Puede descargar nuestro libro electrónico gratuito para diseñar proyectos de electrónica por tu cuenta.

¿Conoce alguna aplicación de sistemas integrados en los que el amplificador operacional se utilice como circuito comparador?