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Henry Apaza Rosales
2024
ELECTRONICA DE PULSOS
Circuitos comparadores
Carrera Ingeniería
Electrónica
CONTENIDOS TEMÁTICOS
• Repaso A.O. Ideales
• Realimentación Positiva
• Comparadores con un nivel de referencia
• Comparadores con dos niveles de referencia
• Comparador ventana
3
+
V1
V2
Vi
+V
-V
Vo
+
V1
V2
Vi
+V
-V
Vo
-
-
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
2
1
2
1 )
( AV
AV
V
V
A
VO 



desfase
existe
No
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1
offset
tensión
Existe
V
Si
V
V
V
Si
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Existe
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O
O







0
0
2
1
2
4
Definición:
A = Ganancia en lazo abierto
Normalmente esta ganancia está sobre 104
Como VO=AVi donde Vi = V1-V2 y
si A  implica que Vi  0 (cortocircuito virtual)
Configuraciones:
Con inversión de fase
Sin inversión de fase
De modo diferencial
Características Ideales del Amp. Op.
 Alta impedancia de entrada
 Baja impedancia de salida
 Ancho de banda infinito
 Ganancia infinita
5
+
+
-
-
i = 0
I
V1
Vo
Rf
V2
Vi
V2
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IF
CORTOCIRCUITO
VIRTUAL
Rf
V2 Vo
IF
R
V
V
I O
F

 2
AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR
6
+
+
-
-
Vo
R
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Vi
t
A
A
Vo
t
+V
-V
V2
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CÁLCULO DE GANANCIA EN UN AMP. OP. INVERSOR
)
180
(
)
(
0
1
2
2
2
O
F
i
O
V
F
O
F
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desfase
Existe
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V
R
V
virtual
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cortocircu
V
como
pero
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V
V
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V






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


7
t
A
t
A
Vo
Vi
TENSIÓN DE SALIDA EN UN AMP. OP. INVERSOR
(formas de onda en secuencia de fase)
4/12/2024 8
Figura 2.10. (a) Circuito y formas de ondas del circuito Schmitt-
trigger.
REALIMENTACIÓN POSITIVA
Comparador con histéresis o “Schmitt-triger”
Si en la configuración del A.O. como inversor intercambiamos la entrada
inversora por la no inversora, el funcionamiento del circuito es
completamente distinto, ya que ahora no se cumple la condición de
estabilidad, y la salida, incluso en ausencia de señal, se irá a saturación
positiva o saturación negativa.
4/12/2024 9
Figura 2.10 (b). Circuito y formas de ondas del circuito Schmitt-
trigger.
Formas de onda del comparador con histéresis
Banda de histéresis
COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA
Funcionamiento
Señal sin ruido Señal con ruido
No son prácticos para eliminar ruido
Los comparadores se suelen usar como regeneradores de señal (pero de señales sin ruido)
Se compara Vi con Vr
Vr es la señal de referencia
El OPAMP tiene varios modos de trabajo:
• Amplificador (realimentado en diversas configuraciones)
• Comparador, sin realimentación
• Filtro activo
• Oscilador
Como amplificador, trabaja en la zona lineal Ud ≈ 0 V
Como comparador, trabaja en la zona NO lineal Ud ≠ 0 V
Curva Vs-Ud real Curva Vs-Ud ideal
COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA
En adelante se verá en modo comparador
Vs Salida del OPAMP
Su amplitud es limitada por la fuente
COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA
Activación de salidas
Regenerador de señales
Chips comparadores
LM139 LM239 LM339
LM111 LM211 LM311
LM393
COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA
Ruido
COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA
La regeneración no es correcta,
contiene pulsos indeseados
SCHMITT TRIGGERS
O disparador de Schmitt.
Es un tipo especial de comparador.
Emplean dos tensiones de referencia.
- Referencia superior
- Referencia inferior
a) Toda variación de señal, entre los niveles de referencia, no genera
cambios en la salida del comparador.
b) Se produce cambio en la salida del comparador cuando la entrada
supera la referencia superior o desciende por debajo de la inferior.
Ideal para regenerar señales ruidosas pues previene que el ruido
genere falsos cambios de estado en la salida del regenerador.
Dos tipos:
- No inversor
- Inversor
COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
Comparador – sin histéresis
Un solo nivel de referencia
La salida cambia según la entrada
sea mayor o menor que la
referencia.
Si Vi > Vr => Vo = 0V
Si Vi < Vr => Vo = Vsat
Comparador – con histéresis
Dos niveles de referencia
Si Vi > VDS => Vo = -Vsat
Si Vi < VDI => Vo = +Vsat
Si VDI < Vi < VDS => Vo No cambia
COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
Disparador Schmitt inversor
VIH
VIL
Referencia superior
Referencia inferior
COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
Disparador Schmitt inversor
Formas de onda
COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
Disparador Schmitt inversor
Circuito disparador Schmitt
a) Emplea dos niveles de comparación.
b) Se toman de la salida del comparador.
c) Los niveles se ajustan con el divisor de
voltaje.
d) Ambos niveles aparecen en un solo nodo
(entrada + del OPAMP) .
COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
Disparador Schmitt inversor
Funcionamiento
La señal de entrada se conecta a la entrada no
inversora a través de R1, por lo que se denomina
comparador no inversor.
COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
Disparador Schmitt no inversor
COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
Disparador Schmitt no inversor
Eliminación de efectos del ruido
COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
Disparador Schmitt inversor
Curvas de histéresis
Tensión de histéresis
Diferencia entre las dos tensiones de referencia
a) La salida del comparador no cambia cuando
la entrada ingresa o esta con valores entre
los niveles de referencia.
b) En tal caso, la salida mantiene su estado
previo.
COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
Disparador Schmitt no inversor
Curvas de histéresis
Tensión de histéresis
Diferencia entre las dos tensiones de referencia
a) La salida del comparador no cambia cuando
la entrada ingresa o esta con valores entre
los niveles de referencia.
b) En tal caso, la salida mantiene su estado
previo.
RESUMEN
Axiomas: SI EL AMPLIFICADOR ESTÁ REALIMENTADO NEGATIVAMENTE Y
VCC≤VO ≤VCC, entonces se cumple que :
1.- La tensión de entrada diferencial es nula
2.- No existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entrada
CONFIGURACIONES
Lineales:
Amplificador Inversor,
Amplificador No Inversor, Seguidor de tensión
Sumador Inversor, Sumador No inverso
Amplificador Diferencial
Amplificador de Instrumentación
Convertidores: de tensión en Corriente, de Corriente en tensión,
Convertidores de Impedancia
Integrador, Derivador ideales y prácticos
No Lineales:
Comparador, Comparador con Histéresis
Convertidor A/D
EJEMPLOS
 Diseñar un circuito con Amp. Operacional que tenga una ganancia de
42 y que tenga una resistencia de entrada muy grande.
Solución
 Se usa la configuración no inversora, ya que posee la característica de
tener Resistencia de entrada grande.
EJERCICIOS
 Usando Amp. Operacionales, diseñar el siguiente circuito aritmético:
11
 Diseñar un circuito basado en amplificadores operacionales que
convierta un rango de voltajes de 20 a 250 mV a un rango de 0 a
5 V. y con gran impedancia de entrada.
An open collector output refers to an output that is connected to the collector of a transistor.
Open colector devices
An open collector output refers to an output that is connected to the collector of a transistor.
Open colector devices
Emplea dos niveles de referencia que definen una “ventana”.
La salida es alta cuando la entrada esta dentro de la ventana.
Open colector devices
Emplea dos niveles de referencia que definen una “ventana”.
La salida es alta cuando la entrada esta dentro de la ventana.
Emplea OPAMPs con salida “open colector” (AND cableada).
COMPARADOR VENTANA
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  • 2. CONTENIDOS TEMÁTICOS • Repaso A.O. Ideales • Realimentación Positiva • Comparadores con un nivel de referencia • Comparadores con dos niveles de referencia • Comparador ventana
  • 3. 3 + V1 V2 Vi +V -V Vo + V1 V2 Vi +V -V Vo - - AMPLIFICADORES OPERACIONALES 2 1 2 1 ) ( AV AV V V A VO     desfase existe No AV  1 offset tensión Existe V Si V V V Si desfase Existe AV O O        0 0 2 1 2
  • 4. 4 Definición: A = Ganancia en lazo abierto Normalmente esta ganancia está sobre 104 Como VO=AVi donde Vi = V1-V2 y si A  implica que Vi  0 (cortocircuito virtual) Configuraciones: Con inversión de fase Sin inversión de fase De modo diferencial Características Ideales del Amp. Op.  Alta impedancia de entrada  Baja impedancia de salida  Ancho de banda infinito  Ganancia infinita
  • 5. 5 + + - - i = 0 I V1 Vo Rf V2 Vi V2 R IF CORTOCIRCUITO VIRTUAL Rf V2 Vo IF R V V I O F   2 AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR
  • 6. 6 + + - - Vo R Vi Vi t A A Vo t +V -V V2 RF CÁLCULO DE GANANCIA EN UN AMP. OP. INVERSOR ) 180 ( ) ( 0 1 2 2 2 O F i O V F O F O i de desfase Existe R R V V A R V R V virtual ito cortocircu V como pero R V V R V V          
  • 7. 7 t A t A Vo Vi TENSIÓN DE SALIDA EN UN AMP. OP. INVERSOR (formas de onda en secuencia de fase)
  • 8. 4/12/2024 8 Figura 2.10. (a) Circuito y formas de ondas del circuito Schmitt- trigger. REALIMENTACIÓN POSITIVA Comparador con histéresis o “Schmitt-triger” Si en la configuración del A.O. como inversor intercambiamos la entrada inversora por la no inversora, el funcionamiento del circuito es completamente distinto, ya que ahora no se cumple la condición de estabilidad, y la salida, incluso en ausencia de señal, se irá a saturación positiva o saturación negativa.
  • 9. 4/12/2024 9 Figura 2.10 (b). Circuito y formas de ondas del circuito Schmitt- trigger. Formas de onda del comparador con histéresis Banda de histéresis
  • 10. COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA Funcionamiento Señal sin ruido Señal con ruido No son prácticos para eliminar ruido Los comparadores se suelen usar como regeneradores de señal (pero de señales sin ruido) Se compara Vi con Vr Vr es la señal de referencia
  • 11. El OPAMP tiene varios modos de trabajo: • Amplificador (realimentado en diversas configuraciones) • Comparador, sin realimentación • Filtro activo • Oscilador Como amplificador, trabaja en la zona lineal Ud ≈ 0 V Como comparador, trabaja en la zona NO lineal Ud ≠ 0 V Curva Vs-Ud real Curva Vs-Ud ideal COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA
  • 12. En adelante se verá en modo comparador Vs Salida del OPAMP Su amplitud es limitada por la fuente COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA
  • 13. Activación de salidas Regenerador de señales Chips comparadores LM139 LM239 LM339 LM111 LM211 LM311 LM393 COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA
  • 14. Ruido COMPARADORES CON UN NIVEL DE REFERENCIA La regeneración no es correcta, contiene pulsos indeseados
  • 15. SCHMITT TRIGGERS O disparador de Schmitt. Es un tipo especial de comparador. Emplean dos tensiones de referencia. - Referencia superior - Referencia inferior a) Toda variación de señal, entre los niveles de referencia, no genera cambios en la salida del comparador. b) Se produce cambio en la salida del comparador cuando la entrada supera la referencia superior o desciende por debajo de la inferior. Ideal para regenerar señales ruidosas pues previene que el ruido genere falsos cambios de estado en la salida del regenerador. Dos tipos: - No inversor - Inversor COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA
  • 16. Comparador – sin histéresis Un solo nivel de referencia La salida cambia según la entrada sea mayor o menor que la referencia. Si Vi > Vr => Vo = 0V Si Vi < Vr => Vo = Vsat Comparador – con histéresis Dos niveles de referencia Si Vi > VDS => Vo = -Vsat Si Vi < VDI => Vo = +Vsat Si VDI < Vi < VDS => Vo No cambia COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA Disparador Schmitt inversor
  • 17. VIH VIL Referencia superior Referencia inferior COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA Disparador Schmitt inversor Formas de onda
  • 18. COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA Disparador Schmitt inversor Circuito disparador Schmitt a) Emplea dos niveles de comparación. b) Se toman de la salida del comparador. c) Los niveles se ajustan con el divisor de voltaje. d) Ambos niveles aparecen en un solo nodo (entrada + del OPAMP) .
  • 19. COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA Disparador Schmitt inversor Funcionamiento
  • 20. La señal de entrada se conecta a la entrada no inversora a través de R1, por lo que se denomina comparador no inversor. COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA Disparador Schmitt no inversor
  • 21. COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA Disparador Schmitt no inversor Eliminación de efectos del ruido
  • 22. COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA Disparador Schmitt inversor Curvas de histéresis Tensión de histéresis Diferencia entre las dos tensiones de referencia a) La salida del comparador no cambia cuando la entrada ingresa o esta con valores entre los niveles de referencia. b) En tal caso, la salida mantiene su estado previo.
  • 23. COMPARADORES CON DOS NIVELES DE REFERENCIA Disparador Schmitt no inversor Curvas de histéresis Tensión de histéresis Diferencia entre las dos tensiones de referencia a) La salida del comparador no cambia cuando la entrada ingresa o esta con valores entre los niveles de referencia. b) En tal caso, la salida mantiene su estado previo.
  • 24. RESUMEN Axiomas: SI EL AMPLIFICADOR ESTÁ REALIMENTADO NEGATIVAMENTE Y VCC≤VO ≤VCC, entonces se cumple que : 1.- La tensión de entrada diferencial es nula 2.- No existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entrada CONFIGURACIONES Lineales: Amplificador Inversor, Amplificador No Inversor, Seguidor de tensión Sumador Inversor, Sumador No inverso Amplificador Diferencial Amplificador de Instrumentación Convertidores: de tensión en Corriente, de Corriente en tensión, Convertidores de Impedancia Integrador, Derivador ideales y prácticos No Lineales: Comparador, Comparador con Histéresis Convertidor A/D
  • 25. EJEMPLOS  Diseñar un circuito con Amp. Operacional que tenga una ganancia de 42 y que tenga una resistencia de entrada muy grande. Solución  Se usa la configuración no inversora, ya que posee la característica de tener Resistencia de entrada grande.
  • 26. EJERCICIOS  Usando Amp. Operacionales, diseñar el siguiente circuito aritmético: 11  Diseñar un circuito basado en amplificadores operacionales que convierta un rango de voltajes de 20 a 250 mV a un rango de 0 a 5 V. y con gran impedancia de entrada.
  • 27. An open collector output refers to an output that is connected to the collector of a transistor. Open colector devices
  • 28. An open collector output refers to an output that is connected to the collector of a transistor. Open colector devices
  • 29. Emplea dos niveles de referencia que definen una “ventana”. La salida es alta cuando la entrada esta dentro de la ventana. Open colector devices
  • 30. Emplea dos niveles de referencia que definen una “ventana”. La salida es alta cuando la entrada esta dentro de la ventana. Emplea OPAMPs con salida “open colector” (AND cableada). COMPARADOR VENTANA
  • 31. LM311