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Amplificador Operacional
Aula 09: Comparadores de Zero
Referencia
UTILIZANDO ELETRÔNICA COM AO, SCR, TRIAC,SCR,555 Albuquerque e Seabra
Aula 09: Comparadores de Zero
Referencia
UTILIZANDO ELETRÔNICA COM AO, SCR, TRIAC,SCR,555 Albuquerque e Seabra
1. Comparadores de zero
Quando em malha aberta o AO tem um ganho muito alto, de forma que qualquer tensão ao ser aplicada entre as entradas, por menor que seja, leva o AO à saturação. A explicação para isso está na curva característica de transferência. A Figura 1 mostra a curva característica de transferência típica de um AO, em malha aberta (sem realimentação), isto é. VsxVe.
1.1. Curva característica de transferência de malha aberta
A curva caracteristica de transferencia, de qualquer circuito, relaciona a variavel de saida, no caso Vs, com a variavel de entrada, Vi. A figura 1 mostra a curva característica de transferência em malha aberta de um AO em malha aberta, VsxVi.
( a ) ( b )
Figura 1 - ( a ) AO em malha aberta ( b ) Curva caracteristica de trasnsferencia
2. Comparador de zero não inversor
Na curva característica do AO em malha aberta da Figura 1 podemos verificar que a saída (Vs) varia linearmente com a entrada (Vi) 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 Figura 2 onde está o valor 0,1mV? Em zero com certeza !! Isto é, na pratica, quando trabalhamos com valores muito maiores do que 0,1mV, o comportamento do nosso AO real é "próximo do ideal".
( a ) ( b )
Figura 2 - Comparador de zero não inversor ( a ) Circuito ( b ) Curva de transferencia
O circuito da Figura 2a 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 +VSat para -VSat ou vice versa.
Por exemplo, se Ve = 4.senwt(V) no circuito da Figura 2a a saída será uma onda quadrada de mesma freqüência e em fase com a senóide de entrada. A Figura 3 mostra as formas de onda de entrada, Ve, e saída Vs.
Por exemplo, se Ve = 4.senwt(V) no circuito da Figura 2a a saída será uma onda quadrada de mesma freqüência e em fase com a senóide de entrada. A Figura 3 mostra as formas de onda de entrada, Ve, e saída Vs.
Figura 3 - Formas de onda de entrada (Ve) e saida (Vs) do comparador de zero não inversor da figura 1a
Fonte: Microcap
Arquivo comparador de zero não inversor Multisim Live
3. Comparador de zero inversor
Ë semelhante ao não inversor, porém o sinal é aplicado na entrada inversora, Figura 4a.
( a ) ( b )
Figura 4 - Comparador de zero inversor ( a ) Circuito ( b ) Curva de transferencia
Se for aplicado um sinal senoidal como Ve = 4.senwt(V) na entrada do circuito da figura 4a, a saída será uma onda quadrada de mesma freqüência, mas defasada de 180º em relação à entrada, Figura 5.
Figura 5 - Formas de onda de entrada (Ve) e saida (Vs) do comparador de zero não inversor da figura 4a
Fonte: MicroCap
Arquivo Multisim Live
4. 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 +VSat e -VSat 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 Figura 6.
( a ) ( b )
Figura 6 - ( a ) Comparador de zero inversor com Histerese Fonte: Multisim ( b ) curva de transferência.
Observe no circuito da Figura 6a 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 +VSat para -VSat 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 +VSat para -VSat a amplitude do sinal deve ser maior do que V1 e para mudar de - VSat para + VSat a amplitude do sinal deve ser menor do que - VSat.
A figura 7 mostra a entrada e a saída de um comparador de zero inversor com histerese.
Figura 7 - Formas de onda do circuito da Figura 6a (Comparador com histerese)
Fonte: Multisim
Observe os pontos de transição da saida em relação a entrada, em Ve= 1 V e Ve= -1 V
5. Experiência: Comparadores de zero
5.1. Abra o arquivo ExpAO_24 Comparador de Zero Inversor identifique o circuito da Figura 8. Inicie a simulação anotando as formas de onda de saída (Vs) e entrada (Ve). Anote também os valores máximo e mínimo da tensão de saturação.
Arquivo Multisim Live
Figura 8 - Comparador de Zero Inversor
Fonte: Multisim
5.2. Abra o arquivo ExpAO_25 Comparador de Zero Não Inversor identifique o circuito da Figura 9. Inicie a simulação anotando as formas de onda de saída (Vs) e entrada (Ve). Anote também os valores máximo e mínimo da tensão de saturação.
Arquivo Comparador Não Inversor Multisim Live
Figura 9 - Comparador de Zero Inversor Não Inversor
Fonte: Multisim
5.3. Abra o arquivo ExpAO_26 Comparador de Zero Inversor com Histerese identifique o circuito da Figura 10. Inicie a simulação anotando as formas de onda de saída (Vs) e entrada (Ve) e meça a histerese.
Arquivo Multisim Live
Histerese=________
Figura 10 - Comparador de Zero Inversor com Histerese
Fonte: Multisim
5.4. Escreva as suas conclusões.
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