Neste post, aprendemos de forma abrangente como usar qualquer opamp como comparador em um circuito para comparar diferenciais de entrada e produzir as saídas correspondentes.
O que é um comparador de amplificador operacional
Estamos usando um amplificador operacional IC provavelmente desde que começamos a aprender eletrônica, estou me referindo a este maravilhoso pequeno IC 741, através do qual praticamente 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, não é surpresa que os seguintes aplicativos possam ser modificados de várias maneiras diferentes conforme a preferência do usuário.
Como o nome sugere, comparador de opamp refere-se à função de comparação entre um determinado conjunto de parâmetros ou pode ser apenas algumas magnitudes, como no caso.
Como na eletrônica lidamos principalmente com tensões e correntes, esses fatores se tornam 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.
Os dois pinos de entrada de um amplificador operacional são chamados de inversores (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 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 a ser monitorada estiver acima ou abaixo da tensão limite de referência fixa, a saída reverte o estado ou altera sua condição original ou altera sua polaridade de tensão de saída.
Demonstração de vídeo
Como funciona um comparador Opamp
Vamos analisar a explicação acima estudando o seguinte exemplo de circuito 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 #7 do opamp que é o pino +supply está conectado ao trilho positivo, da mesma forma seu pino #4 que é o pino negativo da fonte está conectado ao negativo ou melhor ao trilho 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 está conectado na junção de dois resistores cujas extremidades estão conectadas aos trilhos positivo e negativo da fonte de alimentação.
Esse 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 divisora de potencial será ser 6 volts e assim por diante.
Se a tensão de alimentação for bem regulada, o nível de tensão acima também será bem fixo e, portanto, pode ser usado como tensão de referência para o pino #2.
Portanto, referindo-se à tensão de junção dos resistores R1/R2, essa tensão se torna a tensão de referência no pino 2, o que significa que o IC monitorará e responderá a qualquer tensão que possa estar acima desse nível.
A tensão de detecção que deve ser monitorada é aplicada ao pino #3 do IC, em nosso exemplo é através de um LDR. O pino #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 ao anoitecer, você ajusta a predefinição de modo que a tensão no pino 3 ou na junção do LDR e a predefinição cruze acima da marca de 6V.
Quando isso acontece, o valor sobe acima da referência fixa no pino #2, isso informa o 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 positivo de sua tensão inicial zero posição.
A mudança acima no estado do IC de zero para positivo, aciona o estágio do driver do relé que liga a carga ou as luzes que podem estar conectadas aos contatos relevantes do relé.
Lembre-se, os valores dos resistores conectados ao pino #2 também podem ser alterados para alterar o limite de detecção do pino #3, então eles são todos interdependentes, dando a você 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
Como 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 configurado como comparador.
Para resumir, podemos dizer que em qualquer comparação baseada em opamp, as seguintes operações ocorrem:
Exemplo Prático#1
1) Quando o pino inversor (-) é aplicado a uma referência de tensão fixa, e o pino de entrada não inversor (+) é submetido a uma tensão de detecção alterada, a saída do opamp permanece 0V ou negativa enquanto o (+) a tensão do pino fica abaixo do nível de tensão do pino de referência (-).
Alternativamente, assim que a voltagem do pino (+) for maior que a voltagem (-), a saída rapidamente vira o nível positivo de alimentação DC.
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 alterada, a saída do opamp permanece em nível DC ou positivo enquanto a tensão do pino (-) fica abaixo do nível de tensão do pino de referência (+).
Alternativamente, assim que a tensão do pino (-) for maior que a tensão (+), a saída rapidamente se torna negativa ou desliga para 0V.
Funcionamento básico do comparador
O circuito na figura abaixo opera de maneira relativamente direta: A combinação de R2 e diodo Zener D1 produz uma tensão de referência fixa (VREF). Ele é aplicado diretamente ao terminal de entrada do amplificador não inversor, pino 3. Através do resistor limitador de corrente R1, a entrada ou tensão de teste VIN é conectada ao terminal de entrada inversor (pino 2). Quando VIN é menor que VREF, a saída do amplificador operacional é alta (até saturação positiva), mas quando VIN é maior que VREF, a saída é baixa (até saturação negativa).
Comparador de amplificador operacional com entrada de alta tensão
Conforme mostrado na figura abaixo, usando um DIVISOR DE TENSÃO, podemos utilizar um comparador de tensão para fornecer acionamento de tensão variável de alto valor. Não há comutação regenerativa neste circuito.
Comparador de amplificador operacional com entrada de alto valor, comutação regenerativa
O próximo circuito, como o anterior, fornece comutação de entrada de tensão variável de alto valor (0 a 150 V). Possui recursos de comutação regenerativa.
Comparador de amplificador operacional como indicador de sobrecorrente
Quando a corrente de carga atinge um valor definido por R6, a saída fica alta para indicar uma situação de sobrecorrente. Ao inverter as conexões dos pinos 2 e 3 do IC1, a saída ficará baixa para indicar uma situação de sobrecorrente.
O diagrama abaixo demonstra como um circuito comparador pode ser configurado para operar como um interruptor de sobrecorrente, produzindo uma saída alta quando a corrente de carga excede um determinado valor – que você pode definir usando o potenciômetro R6. O resistor de detecção de corrente RX é ajustado de tal forma que cai cerca de 100 milivolts no ponto de desarme apropriado. Como resultado, uma tensão de referência fixa igual a 1/2 da tensão de alimentação é fornecida ao pino 3 do amplificador operacional através do divisor de tensão composto por R3 e R4. O pino 2 recebe uma tensão semelhante, mas dependente da corrente, através de Rx, R1, R6 e R2.
De fato, os dois conjuntos de componentes formam uma ponte de Wheatstone, com um lado fornecendo o pino 3 e o outro fornecendo o pino 2, e o amplificador operacional servindo como um detector de equilíbrio da ponte. Como resultado, os pontos de disparo do circuito não são afetados por flutuações na tensão de alimentação, mas são muito sensíveis a mudanças na corrente de carga.
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FONTE
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