Amplificatore operazionale comparatore
Comparatore a transistor
Un comparatore consiste in un amplificatore differenziale specializzato ad alto guadagno. Sono comunemente usati in dispositivi che misurano e digitalizzano i segnali analogici, come gli ADC a successiva approssimazione, così come gli oscillatori di rilassamento.
Le tensioni differenziali devono rimanere entro i limiti specificati dal produttore. I primi comparatori integrati, come la famiglia LM111, e alcuni comparatori ad alta velocità come la famiglia LM119, richiedono intervalli di tensione differenziale sostanzialmente inferiori alle tensioni di alimentazione (±15 V contro 36 V).[1] I comparatori rail-to-rail consentono qualsiasi tensione differenziale entro l’intervallo di alimentazione. Quando sono alimentati da un’alimentazione bipolare (dual rail),
I comparatori rail-to-rail specifici con transistor d’ingresso p-n-p, come la famiglia LM139, consentono al potenziale d’ingresso di scendere di 0,3 volt al di sotto del rail negativo dell’alimentazione, ma non consentono di salire al di sopra del rail positivo. [2] Specifici comparatori ultraveloci, come l’LMH7322, permettono al segnale d’ingresso di oscillare sotto la guida negativa e sopra la guida positiva, anche se con un margine ristretto di soli 0,2 V.[3] La tensione differenziale d’ingresso (la tensione tra due ingressi) di un moderno comparatore rail-to-rail è solitamente limitata solo dall’oscillazione completa dell’alimentazione.
Comparatore a diodi
Un comparatore consiste in un amplificatore differenziale specializzato ad alto guadagno. Sono comunemente usati in dispositivi che misurano e digitalizzano i segnali analogici, come gli ADC a successiva approssimazione, così come gli oscillatori di rilassamento.
Le tensioni differenziali devono rimanere entro i limiti specificati dal produttore. I primi comparatori integrati, come la famiglia LM111, e alcuni comparatori ad alta velocità come la famiglia LM119, richiedono intervalli di tensione differenziale sostanzialmente inferiori alle tensioni di alimentazione (±15 V contro 36 V).[1] I comparatori rail-to-rail consentono qualsiasi tensione differenziale entro l’intervallo di alimentazione. Quando sono alimentati da un’alimentazione bipolare (dual rail),
I comparatori rail-to-rail specifici con transistor d’ingresso p-n-p, come la famiglia LM139, consentono al potenziale d’ingresso di scendere di 0,3 volt al di sotto del rail negativo dell’alimentazione, ma non consentono di salire al di sopra del rail positivo. [2] Specifici comparatori ultraveloci, come l’LMH7322, permettono al segnale d’ingresso di oscillare sotto la guida negativa e sopra la guida positiva, anche se con un margine ristretto di soli 0,2 V.[3] La tensione differenziale d’ingresso (la tensione tra due ingressi) di un moderno comparatore rail-to-rail è solitamente limitata solo dall’oscillazione completa dell’alimentazione.
Progettazione di un circuito comparatore
Un comparatore è un circuito elettronico che confronta i due ingressi che gli vengono applicati e produce un’uscita. Il valore di uscita del comparatore indica quale degli ingressi è maggiore o minore. Si noti che il comparatore rientra nelle applicazioni non lineari dei circuiti integrati.
Un op-amp consiste di due terminali di ingresso e quindi un comparatore basato su op-amp confronta i due ingressi che gli vengono applicati e produce il risultato del confronto come uscita. Questo capitolo tratta dei comparatori basati su op-amp.
Un comparatore invertente è un comparatore basato su op-amp per il quale una tensione di riferimento è applicata al suo terminale non invertente e la tensione di ingresso è applicata al suo terminale invertente. Questo comparatore è chiamato comparatore invertente perché la tensione di ingresso, che deve essere confrontata, è applicata al terminale invertente dell’op-amp.
Disegniamo la forma d’onda di uscita di un comparatore invertente, quando un segnale di ingresso sinusoidale e una tensione di riferimento di zero volt sono applicati rispettivamente ai suoi terminali invertente e non invertente.
Amplificatore
Il comparatore op-amp confronta un livello di tensione analogica con un altro livello di tensione analogica, o con una tensione di riferimento preimpostata, VREF, e produce un segnale di uscita basato su questo confronto di tensione. In altre parole, il comparatore di tensione op-amp confronta le grandezze di due ingressi di tensione e determina qual è il più grande dei due.
Abbiamo visto nei tutorial precedenti che l’amplificatore operazionale può essere usato con retroazione negativa per controllare la grandezza del suo segnale di uscita nella regione lineare eseguendo una varietà di funzioni diverse. Abbiamo anche visto che l’amplificatore operazionale standard è caratterizzato dal suo guadagno ad anello aperto AO e che la sua tensione di uscita è data dall’espressione VOUT = AO(V+ – V-) dove V+ e V- corrispondono rispettivamente alle tensioni ai terminali non invertente e invertente.
I comparatori di tensione, d’altra parte, utilizzano la retroazione positiva o nessuna retroazione (modalità ad anello aperto) per commutare la sua uscita tra due stati saturi, perché nella modalità ad anello aperto il guadagno di tensione degli amplificatori è fondamentalmente uguale a AVO. Quindi, a causa di questo alto guadagno ad anello aperto, l’uscita del comparatore oscilla o completamente verso la sua guida di alimentazione positiva, +Vcc o completamente verso la sua guida di alimentazione negativa, -Vcc sull’applicazione di un segnale di ingresso variabile che supera un certo valore di soglia preimpostato.
