Atividade de Histerese

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Nome: Josué da Rocha Gonsalves
Curso: Automação Industrial Turma: 4 M Matéria: CPDC
Profº: Natal
Pesquisa sobre comparador com histerese.
O que é comparador com histerese?
Uma solução “frio” através de uma modificação modesta para o circuito que permite a incluir a histerese que, por sua vez elimina completamente a saída agitada durante o limiar de mudança.
Quais as principais características do AOP ideal o que muda para o AOP real?
AOP ideal deve apresentar insensibilidade a temperatura. O ganho de tensão que é obtido através da relação entre a tensão de saída pela tensão de entrada. Um AOP real tem a saída de um amplificador ideal nula, mas quando suas entradas estão em curto circuito.
Qual a diferença entre um comparador de janela e um comparador de histerese?
Os comparadores de janela usam duas tensões de referência que podem ser obtidas por divisores resistivos na maioria dos casos. Quando um comparador opera com um circuito de realimentação conforme o indicado ele passa a apresentar características de histerese.
O que é um comparador regenerativo?
Regenerativo é sinônimo de histerese (atraso). Um circuito possui histerese quando apresenta atraso na mudança do seu estado de saída (EFEITO) apesar das condições de entrada (CAUSA) haverem sido alteradas.
Como funciona o Schmitt Trigger?
Um Schmitt trigger é um circuito comparador com histerese implementado pela aplicação de realimentação positiva à entrada não inversora de um comparador ou amplificador diferencial. Ele é um circuito ativo que converte um sinal de entrada analógica em um sinal de saída digital.
Que significa histerese?
Histerese é a propriedade de um material ou sistema físico de manter suas propriedades mesmo sem haver continuidade dos estímulos que as provocaram. A palavra histerese deriva de um termo grego que significa retardo.
Quais são as características de um AOP?
O amplificador operacional (AOP) é um amplificador CC multiestágio, com entrada diferencial, cujas características se aproximam de um amplificador ideal. 
· a) Resistência de entrada infinita;
· b) Resistência de saída nula;
· c) Ganho de tensão infinito;
· d) Resposta de frequência infinita;
· e) Insensibilidade à temperatura.
Quais são as características de um AOP e explique cada uma delas?
As características ideais de um AOP são:
· a) Impedância de entrada infinita;
· b) Impedância de saída nula;
· c) Ganho de tensão infinito;
· d) Resposta de frequência infinita;
· e) Insensibilidade à temperatura.
Como funciona o comparador?
Um comparador digital tem seu funcionamento baseado em um circuito eletrônico que executa operação de comparação de sinais obtidos em sua entrada de dados, com isso os sinais recebidos passam por uma lógica binaria digital e emitem um sinal na sua saída de acordo com circuito projetado.
Qual o tipo de amplificador operacional é mais usado?
Amplificador Inversor O amplificador de ganho constante mais amplamente utilizado é o amplificador inversor, mostrado abaixo. A saída é obtida pela multiplicação da entrada por um ganho (fator A) constante, fixado pelo resistor de entrada R1 e o resistor de realimentação Rf.
Quais as principais características de um comparador regenerativo?
Para isso, o circuito comparador regenerativo atua através de uma faixa de valores de referência, sendo uma superior e outra inferior, ambas dependentes do valor de saturação do amplificador operacional e dos resistores de realimentação empregados no projeto do circuito.
O que é Schmitt?
Schmidt (ou outras variantes, como Schmitt) é um dos sobrenomes mais comuns na Alemanha e também na região sul do Brasil. Tem origem na profissão do patriarca da família; vem do médio alemão smit ou baixo-médio alemão smet, Schmedt e Schmied, ferreiro. A versão inglesa é Smith; em italiano, Ferraro ou Ferrari.
Curando a instabilidade do comparador com histerese
Sobre Comparadores
Os CIs comparadores são projetados para comparar as tensões que aparecem em suas entradas e produzir uma tensão que representa o sinal da diferença líquida entre eles. Em um circuito comparador, se a tensão de entrada diferencial for maior que a tensão de compensação de entrada (V OS ), mais o overdrive necessário, a saída oscila para uma tensão que representa a lógica 1.
Com efeito, um comparador pode ser pensado como um conversor analógico-digital de bits. Além de serem componentes-chave dos conversores A/D, os comparadores também são amplamente utilizados na detecção de nível, controles liga-desliga, circuitos de recuperação de relógio, detectores de janela e acionadores Schmitt.
Amplificadores operacionais (op-amps) podem ser - e frequentemente são - usados ​​como comparadores, seja em malha aberta ou em modo de alto ganho, mas a melhor maneira é usar os circuitos integrados especiais que são otimizados para essa finalidade.
O estágio de saída de um comparador é conectado para ser mais flexível do que o de um amplificador operacional. Os amplificadores operacionais usam saídas push-pull que normalmente oscilam o mais próximo possível dos trilhos da fonte de alimentação, enquanto alguns comparadores podem ter uma saída de coletor aberto com emissor aterrado. Isso permite que a fonte de tensão pull-up para o estágio de saída varie em uma ampla faixa, permitindo que os comparadores façam interface com uma variedade de famílias lógicas ou circuitos de carga. Um valor reduzido para o resistor pull-up, fornecendo maior corrente, produzirá uma velocidade de comutação melhorada e imunidade a ruídos, mas à custa de maior dissipação de energia.
Os comparadores geralmente têm uma trava que permite o estroboscópio da entrada no momento certo e uma função de desligamento que conserva energia quando o comparador não é necessário.
Construído para comparar dois níveis o mais rápido possível, executando essencialmente "loop aberto", os comparadores geralmente não possuem capacitores internos de compensação Miller ou circuitos de integração e, portanto, têm largura de banda muito ampla. Por causa disso, os comparadores geralmente são configurados sem feedback negativo (ou com quantidades muito pequenas se for desejado um alto ganho controlado).
Essa ausência de feedback negativo significa que, diferentemente dos circuitos com amplificador operacional, a impedância de entrada não é multiplicada pelo ganho do loop. Como resultado, a corrente de entrada varia à medida que o comparador muda. Portanto, a impedância de condução, juntamente com feedbacks parasitas, pode desempenhar um papel fundamental em afetar a estabilidade do circuito. Enquanto o feedback negativo tende a manter os amplificadores dentro de sua região linear, o feedback positivo os força à saturação.
Qual é o papel da histerese?
Mesmo sem circuito de realimentação real, desvios capacitivos da saída para uma entrada (geralmente a entrada não inversora) ou o acoplamento de correntes de saída ao terra (ao qual a entrada não inversora é frequentemente conectada) pode fazer com que o circuito comparador se torne instável. Proteger nós de alta impedância e prestar muita atenção ao layout e ao aterramento pode ajudar a minimizar esses efeitos de acoplamento. Travar também é útil.
Mas nem sempre é possível evitar a instabilidade com essas medidas. Uma solução muitas vezes eficaz é usar feedback positivo para introduzir uma pequena quantidade de histerese. Isso tem o efeito de separar os pontos de comutação ascendentes e descendentes, de modo que, uma vez iniciada uma transição, a entrada deve sofrer uma reversão significativa antes que a transição reversa possa ocorrer.
Ao processar sinais de variação lenta, mesmo com pequenas quantidades de ruído sobreposto, os comparadores tendem a produzir múltiplas transições de saída, ou saltos, à medida que a entrada cruza e volta a cruzar a região de limiar (Figura 1). Sinais ruidosos podem ocorrer em qualquer aplicação, especialmente em ambientes industriais. À medida que o sinal cruza a região de limiar, o ruído é amplificado pelo ganho de malha aberta, fazendo com que a saída salte brevemente para frentee para trás. Isso é inaceitável na maioria das aplicações, mas geralmente pode ser curado pela introdução de histerese.
Onde usar a histerese
Além da redução de ruído do comparador, a histerese do sistema é usada no controle liga-desliga para evitar ciclagem excessivamente frequente de bombas, fornos e motores. Nas aplicações mais simples, um controlador liga e desliga um atuador quando um parâmetro do sistema cai abaixo ou aumenta acima de um ponto de referência. Com histerese, o atuador permanece ligado até que o parâmetro suba um pouco acima do ponto de ajuste, comuta e depois permanece desligado até que o parâmetro caia para um valor abaixo do ponto de ajuste.
Os níveis em que a comutação ocorre são chamados de tensões de limiar alto e baixo, V th e V tl. Um exemplo de histerese de set-point é o termostato doméstico, que usa alguma forma de comparador para ligar ou desligar o forno. Permitir a histerese para alguns graus de mudança de temperatura reduz o ciclo desnecessário de forma adequada para ambientes domésticos. A Figura 2 mostra um circuito típico para um CI comparador usado no controle de temperatura.
Projetando circuitos comparadores com histerese
A histerese é aplicada devolvendo à entrada positiva uma pequena fração da tensão de saída (que está em um limite superior ou inferior). Essa tensão adiciona um deslocamento sensível à polaridade à entrada, aumentando a faixa de limite.
Com um comparador escolhido, o projetista deve determinar se deve usá-lo em uma configuração inversora ou não inversora, ou seja, se um overdrive positivo mudará a saída para um limite negativo ou positivo. Alguns comparadores têm saídas positivas e negativas, conferindo uma grande flexibilidade ao seu uso em um sistema. A histerese pode ser aplicada conectando o terminal de entrada positivo à derivação de um divisor de tensão de dois resistores entre a saída positiva e a fonte de referência; a quantidade de tensão de saída realimentada depende da relação de resistência. Isso libera a entrada inversora para conexão direta do sinal de entrada, como na Figura 2.
Se o sinal for aplicado à entrada não inversora, sua impedância de fonte deve ser baixa o suficiente para ter um efeito insignificante na escala de entrada ou na taxa de histerese. Para obter o máximo desempenho de um dispositivo, a histerese deve ser grande o suficiente para superar o V OS (em toda a temperatura de operação) mais o overdrive necessário, conforme determinado na folha de dados do fabricante. Aumentar o overdrive reduz o atraso de propagação da peça. O nível de overdrive necessário aumenta com a temperatura ambiente.
As Figuras 3 e 4 mostram o uso de histerese com fontes duplas. Na Figura 3, o sinal é aplicado à entrada inversora. O gráfico de saída vs. entrada mostra a vizinhança do ponto de comutação. R2 é geralmente muito maior em resistência do que R1. Se R 2 fosse infinito, não haveria histerese e o dispositivo mudaria em V ref. A histerese é determinada pelos níveis de saída e a relação de resistência R 1 /(R 1 +R 2 ), e a tensão do ponto de comutação é ligeiramente deslocada de V ref pela relação de atenuação R 2 /(R 1 +R 2 ).
Na Figura 4, o sinal é aplicado à entrada não inversora via R1. Como o sinal de entrada é levemente atenuado, a histerese será um pouco maior do que no caso de inversão.
Se a tensão de referência estiver a meio caminho entre as tensões de saída alta e baixa do comparador (como é o caso de uma fonte de alimentação simétrica e referência de terra), a introdução da histerese moverá os limites alto e baixo a distâncias iguais da referência. Se a referência estiver mais próxima de uma saída do que da outra, os limites serão colocados assimetricamente em torno da tensão de referência.
Nas operações do comparador de alimentação única, surge a necessidade de compensar a referência, para que o circuito opere inteiramente dentro do primeiro quadrante. A Figura 5 mostra como isso pode ser alcançado. O divisor do resistor (R2 e R1) cria uma tensão de referência positiva que é comparada com a entrada. As equações para projetar os limiares dc são mostradas na figura.
Colocar um capacitor no resistor de realimentação nas configurações acima introduzirá um polo na rede de realimentação. Isso tem o efeito de "gatilho" de aumentar a quantidade de histerese em altas frequências. Isso pode ser muito útil quando a entrada é um sinal de variação relativamente lenta na presença de ruído de alta frequência. Em freqüências maiores que f(p) = 1/(2πC f R f ), a histerese se aproxima de V th = V cc e V tl = 0V. Em frequências inferiores a f(p), as tensões de limiar permanecem conforme mostrado nas equações.
Para comparadores com saídas complementares (Q e Q ), feedback positivo e, portanto, histerese, podem ser implementados de duas maneiras. Isso é mostrado na Figura 6. A vantagem da Figura 6b é que uma relação positiva de entrada-saída pode ser obtida sem carregar a fonte de sinal.
A Figura 7 mostra um circuito para comparar um sinal bipolar com o terra, usando uma peça de alimentação única.
Variáveis ​​que afetam a histerese
A tensão de compensação, as correntes de polarização de entrada e o ganho finito na região linear do comparador limitam a precisão dos limites de comutação, Vth e Vtl . A corrente de polarização de entrada normalmente não é um problema, pois a maioria das aplicações usa resistores de fonte pequena para aproveitar a alta velocidade dos comparadores. Embora reduza a dissipação de potência, a alta resistência da fonte aumenta o atraso de propagação do comparador. Para manter o overdrive necessário baixo, o deslocamento deve ser o menor possível. Amplificadores de malha aberta podem ser usados ​​no lugar de comparadores quando deslocamentos extremamente baixos são necessários no projeto.
As precisões do ponto de disparo (com histerese) também são afetadas pela variação de dispositivo para dispositivo de V oh  e Vol . Uma solução possível é usar uma referência programável, mas esse processo pode se tornar caro e demorado. Uma maneira melhor, embora ainda um pouco complicada, é usar circuitos de fixação de precisão para manter a saída em um valor fixo quando estiver alta (Figura 8).
Conclusão
Os projetistas podem usar a histerese para livrar os circuitos comparadores de instabilidades devido ao ruído. A histerese é confiável e pode ser aplicada de forma previsível usando pequenas quantidades de feedback positivo.
Referências:
https://draftlessig.org/o-que-e-comparador-com-histerese/ - Acesso em 30/05/2022
https://www.analog.com/ru/analog-dialogue/articles/curing-comparator-instability-with-hysteresis.html - Acesso em 30/05/2022