Que es Un Circuito comparador de Op-Amp - Aplicaciones, Notas Y Uso.

Los circuitos que comparan dos tensiones y dan una salida digital que depende de la comparación de las dos tensiones se utilizan a menudo en el diseño de circuitos electrónicos. Para un circuito comparador, se necesita un amplificador de alta ganancia para que incluso pequeños cambios en la entrada provoquen una conmutación firme del nivel de salida.

Los amplificadores operacionales se utilizan en muchos diseños de circuitos electrónicos, pero los chips comparadores específicos proporcionan un rendimiento mucho mayor.

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    Aplicaciones de los comparadores

    Los circuitos comparadores tienen muchas aplicaciones en el diseño de circuitos electrónicos, ya que a menudo es necesario poder detectar una tensión determinada y conmutar un circuito en función de la tensión detectada.

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    Un ejemplo podría ser su uso en un circuito de detección de temperatura. Esto podría producir un voltaje variable que dependa de la temperatura. Puede ser necesario encender la calefacción cuando la temperatura cae por debajo de un punto determinado y esto se puede conseguir utilizando un comparador para detectar cuando la tensión proporcional a la temperatura ha caído por debajo de un determinado valor.

    Para estos y otros muchos usos, se puede utilizar un circuito conocido como comparador.

    ¿Qué es un comparador?

    Como su nombre indica, estos componentes y circuitos electrónicos se utilizan para comparar dos tensiones. Cuando una es mayor que la otra, la salida del circuito comparador está en un estado, y cuando las condiciones de entrada se invierten, entonces la salida del comparador cambia al otro estado.

    El comparador esencial consiste en un amplificador de alta ganancia que tiene una entrada diferencial - una entrada inversora y otra no inversora.

    En términos de funcionamiento, el comparador cambia entre alto y bajo dependiendo del estado de las entradas. Si la entrada no inversora es mayor que la inversora, la salida es alta. Si la entrada no inversora es menor que la inversora, la salida es alta.

    ¿Qué es un comparador?

    Comparadores y amplificadores operacionales

    Aunque es fácil utilizar un amplificador operacional como comparador, especialmente cuando puede ser fácil utilizar uno si un chip que contiene varios op amps tiene uno de sobra. Sin embargo, no siempre es aconsejable adoptar este enfoque.

    Es posible que el amplificador operacional no funcione siempre correctamente, o que no ofrezca un rendimiento óptimo. Dicho esto, cuando la aplicación no es exigente, siempre es tentador utilizar estos componentes electrónicos porque pueden estar ya disponibles. El rendimiento de los chips comparadores y de los op amps es bastante diferente en varios aspectos:

    Latch-up de los op amps: En algunas condiciones, especialmente cuando un amplificador operacional está siendo accionado con fuerza, es posible que se bloquee, es decir, que aunque la entrada cambie, la salida siga siendo la misma. Los comparadores están diseñados para funcionar en este modo y nunca deberían bloquearse.

    Esta es un área clave en la que utilizar un comparador en lugar de un amplificador operacional puede ser una clara ventaja.

    Funcionamiento en bucle abierto: Los amplificadores operacionales están diseñados para ser utilizados en un modo de bucle cerrado y su circuito está optimizado para este tipo de escenario. Su funcionamiento no está caracterizado en modo de bucle abierto.

    Digital frente a analógico: Los amplificadores operacionales son componentes analógicos esenciales y su circuito interno está diseñado para funcionar en esta región. Los comparadores están diseñados para funcionar como una función lógica, es decir, en modo digital.

    Esto significa que los amplificadores operacionales son mejores cuando operan en un modo analógico con la salida sin golpear los rieles, mientras que los comparadores no son tan buenos para operar en un modo lineal, y son mucho mejores para operar con niveles lógicos.

    Etapas de salida: Las etapas de salida de los amplificadores operacionales y los comparadores son muy diferentes. Los amplificadores operacionales suelen tener una salida lineal, a menudo operando de forma simétrica complementaria para dar un rendimiento lineal óptimo a la salida.

    Los comparadores suelen tener una salida de colector abierto adecuada para ser conducida a interfaces digitales. Están diseñados para interactuar con circuitos lógicos, proporcionando una entrada lógica a partir de una comparación de tensiones analógicas.

    Comparadores y amplificadores operacionales

    Tiempos de respuesta: Los comparadores están optimizados para ofrecer tiempos de respuesta y conmutación muy rápidos. Las velocidades de giro son rápidas y proporcionan un rendimiento óptimo.

    Los amplificadores operacionales no están optimizados para estas características. Suelen ser componentes electrónicos mucho más lentos, optimizados para un funcionamiento lineal y no para la velocidad.

    Tensión de salida y tensión de saturación: Los comparadores suelen ser capaces de conducir hasta unos pequeños límites de las tensiones de carril. Esto es necesario para una buena conmutación de los circuitos lógicos. Los amplificadores operacionales no son capaces de llegar a los raíles, ya que tienen una tensión de saturación determinada, lo que puede dar lugar a una mala conmutación de los circuitos lógicos.

    Teniendo en cuenta estos factores, siempre es preferible utilizar un chip comparador cuando se prevea este tipo de funcionamiento.

    Comparador de amplificador operacional

    Es posible utilizar un amplificador operacional como comparador, ya que cumple los requisitos básicos de la función.

    En funcionamiento, el amplificador operacional entra en saturación positiva o negativa dependiendo de las tensiones de entrada. Como la ganancia del amplificador operacional suele superar los 100.000, la salida entrará en saturación cuando las entradas estén separadas sólo por fracciones de milivoltios.

    Aunque los amplificadores operacionales se utilizan ampliamente como comparadores, los chips comparadores especiales son mucho mejores. Estos chips comparadores específicos ofrecen tiempos de conmutación muy rápidos, muy por encima de los que ofrecen la mayoría de los amplificadores operacionales destinados a aplicaciones más lineales. Las velocidades de giro típicas se sitúan en la región de varios miles de voltios por microsegundo, aunque a menudo se citan cifras de retardo de propagación.

    Un circuito comparador típico tendrá una de las entradas retenida a una tensión determinada. A menudo puede ser un divisor de potencial de una fuente de alimentación o de referencia. La otra entrada se lleva al punto a detectar.

    Comparador de amplificador operacional

    En este diagrama, la tensión de conmutación es generada por el divisor de potencial formado por R1 y R2. Esto establece la tensión en una entrada del comparador, en este caso la entrada inversora.

    La entrada no inversora de este circuito está conectada al punto que requiere ser detectado. Cuando la tensión en este punto se eleva por encima de la tensión de referencia, la salida del comparador será alta, y cuando cae por debajo de la tensión de referencia, la salida será baja.

    Normalmente, el comparador se manejará desde los mismos carriles de tensión que los del sistema. En el caso de la lógica de 5V, el comparador suele ser accionado desde un raíl de 5V.

    Notas sobre el comparador del amplificador óptico

    p>Hay una serie de puntos que hay que recordar cuando se utilizan circuitos comparadores. Hay algunas diferencias entre los circuitos normales de amplificadores operacionales y los circuitos comparadores que deben ser considerados durante el diseño de cualquier circuito electrónico.

    Asegurar que no se sobrepasa la entrada diferencial: Al no haber realimentación las dos entradas del circuito estarán a tensiones diferentes. Por ello es necesario asegurar que no se sobrepasa la entrada diferencial máxima. En la fase de diseño del circuito electrónico deben considerarse todas las posibilidades del estado del circuito.

    Cambio de corriente de entrada: Nuevamente como resultado de la falta de retroalimentación la carga presentada por el comparador a la fuente cambiará. En particular, a medida que el circuito cambia, habrá un pequeño aumento en la corriente de entrada.

    Para la mayoría de los circuitos esto no será un problema, pero si la impedancia de la fuente es alta puede dar lugar a algunas respuestas inusuales. Esto debe tenerse en cuenta durante el diseño del circuito electrónico.

    Ruido de la señal de entrada: El principal problema de este circuito es que en el nuevo punto de conmutación, incluso pequeñas cantidades de ruido harán que la salida cambie de un lado a otro. Por lo tanto, cerca del punto de conmutación puede haber varias transiciones en la salida y esto puede dar lugar a problemas en otras partes del circuito general. La solución a esto es utilizar un disparador de Schmitt.

    Cuando se requiere una función de comparador, es mejor utilizar un chip comparador: Cuando se requiere una función de comparador, siempre es preferible utilizar un chip comparador si es posible. Si no se dispone de uno de estos componentes electrónicos y es necesario utilizar un amplificador óptico, hay que tener cuidado de no sobrecargar la entrada para que se produzca un latch up.

    Uso de un chip comparador

    Cuando se necesita un circuito comparador, siempre es mejor optar por un chip comparador específico como base del circuito.

    Los chips comparadores manejan mucho mejor la conmutación entre dos valores y suelen tener etapas de salida que pueden interactuar más fácilmente con la lógica que los amplificadores operacionales analógicos.

    En cuanto al funcionamiento básico del circuito, la principal diferencia es que la mayoría de los comparadores tienen una salida de colector abierto y requieren una resistencia externa de pull-up u otro circuito.

    Los amplificadores operacionales son muy baratos y están ampliamente disponibles. Los comparadores no son tan baratos y no están tan disponibles, ya que estos componentes electrónicos tienden a utilizarse menos y pueden ser un poco más caros, pero no mucho. No debería haber problemas para utilizarlos.

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