Como usar um amplificador operacional como circuito comparador

Neste artigo, aprendemos de forma abrangente como usar qualquer opamp como um comparador em um circuito para comparar diferenciais de uma entrada e produzir as saídas correspondentes.

O que é um comparador de amplificador operacional

Temos sido usando um amplificador operacional IC provavelmente desde que começamos a aprender eletrônica, estou me referindo a este pequeno e maravilhoso IC 741, por meio do qual virtualmente qualquer projeto de circuito baseado em comparador se torna viável.

Aqui estamos discutindo um dos circuitos de aplicação simples deste IC onde ele está sendo configurado como um comparador , sem surpresa, os aplicativos a seguir podem ser modificados de várias maneiras diferentes de acordo com a preferência do usuário.

Como o nome sugere, o comparador opamp se refere à função de comparação entre um determinado conjunto de parâmetros ou pode ser apenas um par de magnitudes, como no caso.

Como na eletrônica lidamos principalmente com tensões e correntes, esses fatores tornam-se os únicos agentes e são usados ​​para operar, regular ou controlar os vários componentes envolvidos.

No projeto do comparador de amplificador operacional proposto, basicamente dois níveis de tensão diferentes são usados ​​nos pinos de entrada para compará-los, conforme mostrado no diagrama abaixo.

LEMBRE-SE, A TENSÃO NOS PINOS DE ENTRADA NÃO DEVE EXCEDER O NÍVEL DE FORNECIMENTO DC DO OP AMP, NA FIGURA ACIMA NÃO DEVE EXCEDER +12 V

Os dois pinos de entrada de um amplificador operacional são chamados de inversor (com um sinal de menos) e o pino não-inversor (com um sinal de mais) tornam-se as entradas de detecção do amplificador operacional.

Quando usado como um comparador, um dos pinos dos dois é aplicado com uma tensão de referência fixa, enquanto o outro pino é alimentado com a tensão cujo nível precisa ser monitorado, conforme mostrado abaixo.

O monitoramento da tensão acima é feito com referência à tensão fixa que foi aplicada ao outro pino complementar.

Portanto, se a tensão que deve ser monitorada ficar acima ou abaixo da tensão de limite de referência fixa, a saída reverte o estado ou muda sua condição original ou muda sua polaridade de tensão de saída.

Demonstração de vídeo

Como funciona um comparador Opamp

Vamos analisar a explicação acima estudando o seguinte circuito de exemplo de um interruptor de sensor de luz.

Olhando para o diagrama do circuito, encontramos o circuito configurado da seguinte maneira:

Podemos ver que o pino nº 7 do amplificador operacional, que é o pino de alimentação +, está conectado ao trilho positivo, da mesma forma que seu pino nº 4, que é o pino negativo da alimentação, está conectado ao negativo ou melhor, ao trilho de alimentação zero da fonte de alimentação .

O par de conexões de pinos acima alimenta o IC para que ele possa continuar com suas funções pretendidas.

Agora, como discutido anteriormente, o pino # 2 do IC é conectado na junção de dois resistores cujas extremidades são conectadas aos trilhos positivo e negativo da fonte de alimentação.

Este arranjo dos resistores é chamado de divisor de potencial, o que significa que o potencial ou o nível de tensão na junção desses resistores será aproximadamente a metade da tensão de alimentação, portanto, se a tensão de alimentação for 12, a junção da rede do divisor de potencial será ser 6 volts e assim por diante.

Se a tensão de alimentação estiver bem regulada, o nível de tensão acima também será bem fixado e, portanto, pode ser usado como tensão de referência para o pino # 2.

Portanto, referindo-se à tensão de junção dos resistores R1 / R2, esta tensão se torna a tensão de referência no pino # 2, o que significa que o IC monitorará e responderá a qualquer tensão que possa ir acima deste nível.

A tensão de detecção que deve ser monitorada é aplicada ao pino nº 3 do IC, em nosso exemplo, é através de um LDR. O pino nº 3 é conectado na junção do pino LDR e um terminal predefinido.

Isso significa que esta junção torna-se novamente um divisor de potencial, cujo nível de tensão desta vez não é fixo porque o valor LDR não pode ser fixo e irá variar com as condições de luz ambiente.

Agora, suponha que você queira que o circuito detecte o valor do LDR em algum ponto próximo ao anoitecer, você ajusta o preset de forma que a tensão no pino # 3 ou na junção do LDR e o preset ultrapasse a marca de 6V.

Quando isso acontece, o valor sobe acima da referência fixa no pino 2, isso informa ao IC sobre a tensão de detecção subindo acima da tensão de referência no pino 2, isso reverte instantaneamente a saída do IC, que muda para positiva de sua tensão zero inicial posição.

A mudança acima no estado do IC de zero para positivo, dispara o estágio do driver do relé que liga a carga ou as luzes que podem ser conectadas aos contatos relevantes do relé.

Lembre-se de que os valores dos resistores conectados ao pino 2 também podem ser alterados para alterar o limite de detecção do pino 3, de modo que todos são interdependentes, proporcionando um amplo ângulo de variação dos parâmetros do circuito.

Outra característica do R1 e R2 é que ele evita a necessidade de usar uma fonte de alimentação de dupla polaridade, tornando a configuração envolvida muito simples e organizada.

Trocando o parâmetro de detecção com o parâmetro de ajuste

Conforme mostrado abaixo, a resposta de operação explicada acima pode ser revertida apenas trocando as posições dos pinos de entrada do IC ou, considerando outra opção onde apenas trocamos as posições do LDR e do preset.

É assim que qualquer opamp básico se comporta quando é configurado como um comparador.

Para resumir, podemos dizer que em qualquer compartaor baseado em opamp, as seguintes operações ocorrem:

Exemplo prático # 1

1) Quando o pino de inversão (-) é aplicado a uma referência de tensão fixa, e o pino de entrada não inversor (+) é submetido a uma alteração da volatilidade de detecção, a saída do opamp permanece 0V ou negativa enquanto o (+) a tensão do pino permanece abaixo do nível de tensão do pino de referência (-).

Alternativamente, assim que a volatilidade do pino (+) fica mais alta do que a tensão (-), a saída rapidamente torna-se positiva no nível CC da alimentação.

Exemplo # 2

1) Por outro lado, quando o pino não inversor (+) é aplicado a uma referência de tensão fixa, e o pino de entrada inversor (-) é submetido a uma tensão de detecção de alteração, a saída do opamp permanece com alimentação de nível DC ou positiva enquanto a tensão do pino (-) permanece abaixo do nível de tensão do pino (+) de referência.

Alternativamente, assim que a volatilidade do pino (-) ficar mais alta do que a tensão (+), a saída rapidamente torna-se negativa ou é desligada para 0V.