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CURSO DE AMPLIFICADOR OPERACIONAL - Aula08

Circuitos Não Lineares - Comparadores

Comparadores	Comparador de Zero Não Inversor	Experiência14	Comparador de Zero Inversor
Experiência15	Comparador Inversor com Histerese	Experiência AO16

Comparadores de Zero

Como já visto , quando em malha aberta o AO tem um ganho muito alto, de forma que qualquer tensão por menor que seja ao ser aplicada entre as entradas leva o AO à saturação. A explicação para isso está na curva característica de transferência. Na Fig01 vemos a curva característica de transferência típica de um AO, em malha aberta.

Curva Característica de Transferência

Fig01: Curva característica de transferência - AO ideal ( vermelha ) - real ( preta)

Comparador de Zero Não Inversor

Na curva característica do AO em malha aberta da Fig01 podemos verificar que a saída varia linearmente com a entrada se esta se mantiver no intervalo entre -0,1mV e 0,1mV. Fora deste intervalo o AO satura. Na prática, se os valores da tensão de entrada forem , em módulo, muito maiores do que 0,1mV a curva característica de transferência se aproxima da ideal. Observe que isso implica em mudar a escala. No gráfico da Fig02 onde está o valor 0,1mV? Em zero com certeza !!


Fig02: Comparador de zero não inversor e sua curva característica de transferência.

O circuito da Fig02a muitas vezes é chamado de comparador de zero ou detector de zero não inversor porque quando a tensão de entrada passar por zero a saída muda de +V_Sat para -V_Sat ou vice –versa.
Por exemplo, se Ve = 4.senwt(V) no circuito da Fig02 a saída será uma onda quadrada de mesma freqüência e em fase com a senóide de entrada. A Fig03 mostra as formas de onda de entrada e saída.

Fig03: Formas de onda de entrada ( senóide ) e de saída(quadrada) de um comparador de zero não inversor

Pelo visto fica claro o por que do nome , comparador ou detetor de zero: toda vez que a entrada passa pelo zero a saída mudará de + Vcc para -Vcc ou vice -versa.

ExperiênciaAO14 - Comparador de Zero Não Inversor

Fazer download do arquivo Aula08AO que contém os arquivos das experiências 14 e 15.

Abra o arquivo ExpAO14 e identifique o circuito da Fig04. Ative-o, anotando as formas de onda de saída e entrada. Anote também os valores máximo e mínimo da tensão de saturação.

Fig04: Circuito para a experiência 14

Resposta

Conclusões: _____________________________________________________________________

Comparador de Zero Inversor

Ë semelhante ao não inversor, porém o sinal é aplicado na entrada inversora, Fig05. ( INICIO)


Fig05: Comparador de zero inversor e sua curva característica de transferência

Se for aplicado um sinal senoidal como Ve = 4.senwt(V) na entrada do circuito a saída será uma onda quadrada de mesma freqüência, mas defasada de 180º em relação à entrada, Fig06.

Fig06: Formas de onda de entrada ( senóide ) e de saída(quadrada) de um comparador de zero inversor

ExperiênciaAO15 - Comparador de Zero Inversor

Abra o arquivo ExpAO15 e identifique o circuito da Fig07. Ative-o, anotando as formas de onda de saída e entrada. Anote também os valores máximo e mínimo da tensão de saturação. ( INICIO)

Fig07: Circuito para a experiência 15

Resposta

Conclusões:_________________________________________________________________

Comparador Inversor com Histerese

Por causa do alto ganho os circuitos comparadores anteriores são sensíveis à ruídos. Quando a entrada está passando por zero, se aparecer um ruído na entrada a saída oscilará entre +V_Sat e -V_Sat até que a amplitude do sinal supere a do ruído. O circuito ligado na saída entenderá que o sinal na entrada do comparador passou varias vezes por zero, quando na realidade foi o ruído que provocou as mudanças na saída

. Para evitar isso deve ser colocada uma imunidade contra ruído chamada de Histerese, que em termos de característica de transferência resulta no gráfico da Fig08.


Fig08: Comparador de zero inversor com Histerese e curva de transferência

Observe no circuito da Fig08 que a realimentação é positiva, ( se as entradas fossem invertidas o circuito seria um amplificador não inversor, atenção portanto !!!).

A realimentação positiva faz com que a mudança de +V_Sat para -V_Sat ou vice versa seja mais rápida ( só é limitada pelo slew rate do AO ). Os valores das tensões que provocam a mudança da saída são calculados por :

Histerese = V₁ – V₂

Para mudar de +V_Sat para -V_Sat a amplitude do sinal deve ser maior do que V₁ e para mudar de - V_Sat para + V_Sat a amplitude do sinal deve ser menor do que - V_Sat.

Exemplo: Vamos supor que o circuito da Fig08 tem V₁ = V₂ = 2V. Desenhar a forma de onda de saída se a entrada for senoidal e de 4V_P.

Fig09: : Formas de onda do comparador inversor com Histerese

Observe que a forma de onda continua a ser quadrada, porém com uma leve defasagem. Quanto maior for o valor de pico da senóide em relação à V₁ e V₂ menor será a defasagem.

Experiência AO16 - Comparador de Zero com Histerese

Abra o arquivo ExpAO16 e identifique o circuito da Fig10(Abaixo). Calcule os valores das tensões que provocam as mudanças da saída ( V₁ e V₂ ) e anote. Ative o circuito e anote as formas de onda da entrada e saída , medindo os valores de V₁ e V₂_{Adotar
para tensão de saturação os valores +20V e -20V e Ve(pico) = 10V}

Fig10: Circuito da experiência 16

Resposta

Conclusões:______________________________________________________________

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