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Amplificador Operacional
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 figura 1 mostra a curva  característica de transferência em malha aberta.
                        ( 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 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 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.


Figura 3 - Formas de onda de entrada (Ve) e saida (Vs) do comparador de zero não inversor da figura 1a

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

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  ( 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)

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.




Figura 8 -  Comparador  de Zero  Inversor


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.


Figura 9 -  Comparador  de Zero  Inversor Não Inversor

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.

Histerese=________


Figura 10 -  Comparador  de Zero  Inversor com Histerese

5.4. Escreva as suas conclusões.

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