Aula 04 - Circuito Comparador de Tensao.pdf

Circuito comparador de tensão

1. Circuito Comparador de TensãoCircuito 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.
V
P
V
N
V
S v
S
=(v
P
−v
N
)⋅A
v

3. DAELT ● Nikolas Libert ● 3
Amplificador Operacional
Modelo para o ganho em malha aberta AV.
ω (rad/s)
|A
V
|
ω
c
  UGBW
A
V0
Ganho de baixa
frequência
Frequência
de corte
Frequência
de ganho unitário
ω
C=
UGBW
A
V0

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?
V
P
V
N
V
S v
S
=(v
P
−v
N
)⋅A
v

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.
–V
OL: 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.
V
OH
V
OL

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.
v
P
v
S
12 V
-12 V
v
S
=(v
P
−v
N
)⋅A
v

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 -v
CC se v
P<-110 μV ≈ 0 V.
O circuito funciona como um comparador.
t (s)
v
P
v
S
v
OH
v
OL
v
P
v
S
+V
CC
-V
CC
v
S
=(v
P
−v
N
)⋅A
v

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 v
E<v
Ref ►v
S=v
OL
v
E
v
S
v
CC
-v
CC
v
Ref
t (s)
v
Ref
v
S
v
OH
v
OL
v
E

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.
v
ref
v
S
v
cc
-v
cc
v
E
v
S
=(v
P
−v
N
)⋅A
v
t (s)
v
Ref
v
S
v
OH
v
OL
v
E
- Se v
Ref
>v
E
►v
S
=v
OH
- Se v
Ref
<v
E
►v
S
=v
OL

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.
v
S
v
cc
-v
cc
v
E
R1
R2

11. DAELT ● Nikolas Libert ● 11
Comparador Inversor com Histerese
Considere que inicialmente v
S=v
OH e v
E=v
OL. 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?
v
S
v
cc
-v
cc
v
E
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.
v
S
v
cc
-v
cc
v
E
R1
R2
v
E
v
S
v
OH
v
OL
V
OH
.R1/(R1+R2)
V
OL
.R1/(R1+R2)

13. DAELT ● Nikolas Libert ● 13
t (s)
v
Ref+
v
S
v
OH
v
OL
v
E
V
ref-
v
Ref+
=V
OH
.R1/(R1+R2)
v
Ref-
=V
OL
.R1/(R1+R2)
Comparador Inversor com Histerese
Ruídos de magnitude inferior à
(v
Ref+
- v
Ref-
) não interferem na
saída.

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

15. DAELT ● Nikolas Libert ● 15
Comparador Inversor com Histerese
Calcule as tensões vRef+ e vRef- para o comparador
abaixo.
Simule este circuito!
v
S
6,8 V
v
E
15 k
3,9 M
4
,
7
 
k
4
,
7
 
k
6,8 V
v
Ref
LM324
v
S
6,8 V
v
E
15 k
3,9 M
2,35 k
3,4 V
v
Ref
LM324
LM324:
v
OH = v
CC - 1,5 = 5,3 V
v
OL
≈ 0 V
R:
V
ref+
= 3,408 V
V
ref- = 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 v
ef
+ - C
+
-
v
Z
6,8 V
1/4 W
v
Ret
+
-

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.