Amp-Op Comparador

3.4.1    El Amplificador Operacional como Comparador.

 

Podemos utilizar un amplificador operacional para determinar cuál de las dos señales de entrada es mayor. Con que una de las dos señales sea ligeramente superior para que se produzca la salida máxima en el amplificador, sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat).

Al utilizar el amplificador operacional en lazo abierto, la ganancia en la salida será siempre muy grande, aproximadamente del orden de 100.000 veces o más, una pequeña variación en las tensiones de entrada Vs+ y Vs-produce que a la salida del amplificador tengamos un valor cercano a la tensión de alimentación.

La siguiente imagen, muestra la conexión de un amplificador operacional en modo de lazo abierto, para ser utilizado como comparador.

Ilustración 8 Conexión de un AMop en modo de lazo abierto para ser utilizado como comparador.

 

• Si V1 es mayor que V2, la tensión a la salida del comparador será la alimentación positiva de la fuente Vs+.
• Si V2 es mayor que V1, la tensión a la salida del comparador será la alimentación negativa de la fuente Vs-.

Un amplificador operacional, trabajando como comparador, puede ser configurado en modo inversor o no inversor, dependiendo a que entrada se aplique la señal a detectar y la señal de referencia.
Estudiemos el siguiente circuito:

En este circuito, se alimenta el amplificador operacional con dos tensiones

+Vcc = 15V y -Vcc = -15 V.

Se conecta la patilla V+ del amplificador a masa (tierra) para que sirva como tensión de referencia, en este caso 0 V. A la entrada V- del amplificador se conecta una fuente de tensión (Vi) variable en el tiempo, en este caso es una tensión sinusoidal.

Hay que hacer notar que la tensión de referencia no tiene por qué estar en la entrada V+, también puede conectarse a la patilla V-, en este caso, se conectaría la tensión que queremos comparar con respecto a la tensión de referencia, a la entrada V+ del amplificador operacional.

A la salida (Vo) del amplificador operacional puede haber únicamente dos niveles de tensión que son en este caso 15 o -15 V (considerando el AO como ideal, si fuese real las tensiones de salida serían algo menores).

• Cuando la tensión sinusoidal Vi  toma valores positivos, el  amplificador operacional    se satura a negativo; esto significa que como la tensión es mayor en la entrada V- que en la entrada V+, el amplificador entrega a su salida una tensión negativa de -15
• Lazo Abierto: Se denomina que un AO esta en una configuración en lazo abierto cuando la señal de entrada no está influenciada por la señal de salida, un ejemplo sería el comparador simple:

Ilustración 9 En esta ilustración el voltaje de salida(Vo) no tiene ninguna influencia sobre el voltaje de entrada (Vi).

Como se puede ver a simple vista el voltaje de salida(Vo) no tiene ninguna influencia sobre   el voltaje de entrada(Vi) o el voltaje formado por el divisor de tensión.

• Lazo Cerrado: Se considera que un AO está en una configuración en lazo cerrado cuando la señal de entrada está influenciada por la señal de salida, un ejemplo sería la configuración de seguidor de tensión, dicha influencia se denomina Realimentación:

Esta configuración está claramente en lazo cerrado, ya que el voltaje que obtenemos en la entrada inversora(Vi) es directamente el voltaje obtenido en la salida(V0).

• Realimentación positiva: Es aquella realimentación que genera un proceso cíclico en el que el voltaje de salida genera un aumento en el voltaje de entrada y por ende nuevamente un aumento en el voltaje en la salida, y así hasta que el sistema sature, este fenómeno se conoce también como sistema inestable.

En los AO tendremos una realimentación positiva cuando el voltaje de salida tenga influencia sobre la entrada no inversora:

Ilustración 10 Realimentación desde la salida, a la entrada no inversora.

Se puede ver como hay una realimentación desde la salida, a la entrada no inversora. Al amplificar la señal hasta la saturación en la salida siempre tendremos Vcc o -Vcc, de manera que esta es una configuración comparadora, a continuación, explicaremos las ventajas de esta configuración a la hora de hacer un comparador.

• Realimentación negativa: Es aquella realimentación que produce una disminución en la ganancia del amplificador. En los AO la realimentación negativa se dará cuando la realimentación vaya a la entrada inversora, un ejemplo sería la ya conocida configuración de seguidor de tensión en la que la ganancia pasa a ser unitaria.

Si igualamos el voltaje en las terminales inversora y no inversora, la salida de voltaje será efectiva.

Esta función es utilizada en los comparadores lógicos que conforman los conversores de Análogo a Digital.

Los voltímetros y por extensión la mayoría de los instrumentos de medición digitales están basados en comparadores lógicos y conversores de análogo a digital. También pueden ser utilizados para comparar niveles de voltajes o en protecciones contra sobre corriente. Los usos que le podamos dar al comparador los podremos estudiar a profundidad en futuros aportes.

 

Vídeos de apoyo: (Los vídeos a continuación no son de nuestra propiedad, los créditos son a los autores de los vídeos. Estos solo son ocupados con fines educativos).