Circuito Comparador de Tensão

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

2 Amplificador Operacional Amplificador Operacional A saída teórica dos amplificadores operacionais é dada por: V P V N V S =(v P v N ) A v Onde A V é o ganho em malha aberta, sendo muito alto (~100000) para baixas frequências. DAELT Nikolas Libert 2

3 Amplificador Operacional Modelo para o ganho em malha aberta A V. A V0 A V Ganho de baixa frequência Frequência de ganho unitário Frequência de corte ω c UGBW ω (rad/s) ω C = UGBW A V 0 DAELT Nikolas Libert 3

4 Amplificador Operacional Considerando que para baixas frequências o ganho A V de um amplificador operacional é de , qual a tensão teórica de saída se V P =1 V e V N =0 V? V P V N V S =(v P v N ) A v DAELT Nikolas Libert 4

V OL : Tensão mínima que a saída do amplificador pode fornecer.

5 Amplificador Operacional Na prática, a tensão de saída é limitada pela fonte de alimentação. V OH : 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 DAELT Nikolas Libert 5

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 v P que provocará saturação? Considere A V =100000, v OH =v CC -1 V e v CC =12 V. 12 V v P -12 V =(v P v N ) A v DAELT Nikolas Libert 6

7 Comparador Não-Inversor No exemplo anterior, a saída seria: próxima de v CC se v P >110 μv 0 V. próxima de -v CC se v P <-110 μv 0 V. O circuito funciona como um comparador. v P v OH t (s) +V CC v OL v P -V CC =(v P v N ) A v DAELT Nikolas Libert 7

8 Comparador Não-Inversor Ao invés de ser aterrado, o pino v N pode ser ligado a uma tensão de referência v Ref qualquer. v CC Se >v Ref =v OH Se <v Ref =v OL v Ref -v CC v OH v Ref t (s) v OL DAELT Nikolas Libert 8

9 Comparador Inversor Comparador Inversor Um comparador com lógica inversa pode ser obtido utilizando o pino v P como referência, ao invés de v N. v ref v cc -v cc =(v P v N ) A v - Se v Ref > =v OH - Se v Ref < =v OL v Ref v OH t (s) v OL DAELT Nikolas Libert 9

10 Comparador Inversor com Histerese Comparador Inversor com Histerese Adicionando resistores de realimentação positiva é possível obter um comparador com histerese. R2 v cc R1 -v cc DAELT Nikolas Libert 10

11 Comparador Inversor com Histerese Considere que inicialmente =v OH e =v OL. Caso a tensão seja elevada gradualmente, para qual valor de a tensão na saída mudará para v OL? R2 v cc R1 -v cc Considere que inicialmente =v OL e =v OH. Caso a tensão seja reduzida gradualmente, para qual valor de a tensão na saída mudará para v OH? DAELT Nikolas Libert 11

12 Comparador Inversor com Histerese O comparador é dito com histerese quando as mudanças de v OL para v OH, e de v OH para v OL, ocorrem para tensões de entrada diferentes. A histerese é um artifício que proporciona certa imunidade à ruídos. R2 v cc v OH V OH.R1/(R1+R2) R1 -v cc V OL.R1/(R1+R2) v OL DAELT Nikolas Libert 12

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

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

15 Comparador Inversor com Histerese Calcule as tensões v Ref+ e v Ref- para o comparador abaixo. 6,8 V 4,7 k 4,7 k 15 k v Ref 3,9 M 6,8 V LM324 LM324: v OH = v CC - 1,5 = 5,3 V v OL 0 V 3,4 V 2,35 k 15 k v Ref 3,9 M 6,8 V LM324 Simule este circuito! R: V ref+ = 3,408 V V ref- = 3,385 V DAELT Nikolas Libert 15

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. 11 v ef C v Ret ,8 V 1/4 W No simulador, varie a tensão de entrada em +/- 10 % e veja como será a variação de tensão na saída do retificador (v Ret ) e na saída do regulador (v Z ). + v Z - DAELT Nikolas Libert 16

17 Referências MANCINI, Ron. Op Amps For Everyone Design Reference. Texas Instruments, Dallas, PERTENCE, Antônio Jr. Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos, 7ª ed., TEKNE ARTMED, DAELT Nikolas Libert 17

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