¿Alguna vez se ha preguntado cómo funciona un circuito comparador de amplificador operacional? ¿O cómo se configura un circuito comparador de amplificador operacional? Un amplificador operacional se puede usar como comparador si se desea y es fácil de configurar. , el rendimiento no es tan bueno, pero generalmente aceptable. Además, es común tener un amplificador operacional pero no un comparador.
Entonces, ¿qué es un comparador?, como sugiere su nombre, es un dispositivo o circuito que compara los niveles de voltaje de dos entradas y genera un voltaje más alto o más bajo dependiendo de cuál sea más alto. Aunque tosco, puede pensar en esto como un convertidor analógico a digital muy básico que toma una entrada analógica y la convierte en una salida digital. También puede considerarlo como una herramienta de toma de decisiones muy simple que no requiere ningún tipo de codificación. Por ejemplo, supongamos que tiene un sensor de temperatura con una salida de voltaje analógica. Esto le permite decidir encender el calentador por debajo de cierta temperatura y establecer un voltaje de referencia para el comparador en el punto en el que desea que se encienda. Idealmente, debería haber algún tipo de histéresis en ese circuito para evitar que el calentador se encienda y apague demasiado rápido, pero el concepto aproximado es bueno.
Presentemos rápidamente el circuito y la capacidad de respuesta básica del circuito comparador.
Eso es todo lo que necesita para armar el circuito y hacer que funcione como usted quiere. Sin embargo, para comprender conceptualmente lo que está sucediendo, necesitamos un repaso rápido sobre cómo funcionan los amplificadores operacionales básicos.
Con un amplificador operacional, la salida amplifica la diferencia entre las dos entradas. Si el voltaje en la entrada no inversora es mayor que el voltaje en la entrada inversora, la salida producirá un voltaje positivo que amplificará la diferencia entre los voltajes de entrada. Idealmente, la amplificación es infinita, pero los amplificadores operacionales reales claramente no son infinitos y la amplificación sigue siendo muy grande. Esta salida normalmente se conecta a una de las entradas para equilibrar los dos voltajes de entrada. Sin embargo, dado que la salida no está conectada a la entrada como retroalimentación, la salida se saturará al voltaje más alto que pueda producir el opamp. Y, por supuesto, lo contrario también es cierto. Si la entrada inversora es una entrada más alta que la entrada no inversora, la salida se saturará al voltaje más bajo que puede producir el amplificador operacional.
En este punto, es útil tener en cuenta que es posible que no necesite un voltaje negativo para alimentar el opamp. Esto normalmente simplifica los requisitos de energía. Sin embargo, la situación puede ser diferente según el circuito e incluso si el amplificador operacional es de riel a riel. Como siempre, piense en su propio diseño y requisitos.
Cuando presenté los comparadores de amplificadores operacionales, dije que su rendimiento generalmente era aceptable, pero no excelente. Esto se debe principalmente al hecho de que los amplificadores operacionales no se diseñaron para usarse como comparadores, ya que operan principalmente en la región de saturación. Están diseñados para proporcionar una salida lineal limpia, a diferencia de los comparadores dedicados, que están diseñados para pasar de un riel a otro lo más rápido posible. Este cambio en el enfoque del diseño plantea las siguientes preocupaciones de rendimiento:
- Los comparadores Opamp no responden tan bien como los comparadores dedicados.
- Los comparadores Opamp tienden a tener un ancho de banda más bajo que los comparadores.
- Los comparadores Opamp disipan más energía en la región de operación de saturación.
- Los amplificadores operacionales tienden a ser más caros que los comparadores.
- Es posible que los amplificadores operacionales no puedan manejar grandes diferencias de voltaje entre sus entradas, pero generalmente la diferencia entre sus voltajes de entrada es muy pequeña.
Pero no todo es malo para los amplificadores operacionales. Los comparadores suelen tener voltajes de compensación y entradas de polarización más altos que los amplificadores operacionales. Si lo piensa, probablemente encontrará algunas buenas razones de por qué los diseñadores de comparadores no se preocupan tanto por estos parámetros como los diseñadores de amplificadores operacionales. Además, si la impedancia de entrada del comparador es demasiado baja, siempre puede usar un seguidor de voltaje de amplificador operacional para resolver ese problema.
El uso de amplificadores operacionales como comparadores es sencillo y generalmente aceptado. Por lo general, su rendimiento no es tan bueno como el de un comparador dedicado, pero funciona bien para la mayoría de las aplicaciones que no requieren tiempos de respuesta extremos o requisitos de energía ilimitados. Si necesita mejorar en estas áreas, un comparador dedicado es su mejor opción y, desde el punto de vista de la configuración, son lo suficientemente similares como para que estos conceptos sigan siendo aplicables.