302 - Amp-OP III - Circuitos comparadores

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Clube da Eletrônica Eletrônica Geral 
 
Clodoaldo Silva – Circuitos comparadores – Revisão: 01Nov2006. 
 
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Amplificadores Operacionais III – Circuitos comparadores 
 
Em muitas situações práticas existe a necessidade de comparar dois sinais, sendo um proveniente de um 
transdutor e outro estipulado pelo projetista. 
 
O circuito comparador simples – Não inversor 
 
Esse é um circuito comparador simples, onde o sinal é aplicado à entrada não inversora e a referência, 
determinada pelo projetista, é aplicada à entrada inversora do AOP. 
 
 
O funcionamento deste circuito é bastante simples. Enquanto o sinal de entrada for menor que a referência, a 
saída estará em saturada em −VSAT, se o sinal de entrada for maior que a referência, a saída será saturada em 
+VSAT. 
 
Exemplo de aplicação: 
Um transdutor converte uma grandeza física em um sinal elétrico, este é amplificado produzindo um sinal de 0 a 
10V, que e aplicado à entrada não inversora do Amp-OP. 
 
Enquanto que, o sinal de entrada estiver abaixo da tensão de referência a saída será -VSAT , para o exemplo 
zero, no momento que o sinal de entrada atingir a tensão de referência à saída comutará de −VSAT para +VSAT , 
no exemplo 10V, que acionará o LED. 
 
O circuito comparador simples – Inversor 
 
Se o projetista desejar que a saída inicie em nível alto (ON) e desligue (OFF) quando uma referencia for 
atingida, basta aplicar a referência na entrada não inversora. 
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Circuitos integrados dedicados à comparação 
 
A necessidade de comparação de sinais, principalmente no campo de instrumentação, levaram fabricantes de 
semicondutores a produzirem circuitos integrados dedicados à comparação, entre os quais se destacam as 
famílias LM 339 e LM 311. 
 
O comparador LM339 e família. 
É um circuito integrado de alta versatilidade e uso, consiste em quatro comparadores de precisão 
independentes, permite a interface com TTL e CMOS. Pode-se encontrar também uma versão simples, com um 
comparador (LM331) e uma versão dupla com dois comparadores (LM393). 
 
O circuito integrado: 
O LM 339 é projetado para operar com uma única fonte de alimentação, em uma ampla faixa de tensões. 
 
 
Arquitetura básica: 
 
Sua saída é um transistor N
com coletor aberto, portant
necessário um resistor 
elevação “pull – up”. 
 
Se o projetista desejar o G
o resistor não é necessário.
 
 
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Interface com circuitos lógicos 
O LM339 possui saída compatível com sistemas lógicos TTL, DTL, ECL, MOS e CMOS. 
 
Comparador com janela 
 
Também conhecido como detector de faixa, o comparador com janela apresentar um nível alto de tensão de 
saída, sempre que a tensão de entrada estiver compreendida em uma faixa de referência imposta pelo 
projetista. 
 
Calculando as referências 
VREF 1 = 10kΩ ÷ (10kΩ + 2kΩ). 12V = 2V 
VREF 2 = 2kΩ ÷ (2kΩ + 10kΩ). 12V = 10V 
 
A saída do circuito somente será alta (ON) se, o sinal de entrada estiver compreendido entre as referências, no 
caso entre 2V e 10V. Para valores abaixo de 2V e acima de 10V, a saída será baixa (OFF). 
 
O comparador LM311 
Se o projetista desejar mais velocidade de comutação, o comparador recomendado é o LM311 (da ordem de 
200ns), também permite interface com circuitos lógicos. 
 
O circuito integrado: 
São projetados para operar com fonte simétrica, tipicamente ±15V ou assimétrica 5V, para interface com 
sistemas lógicos. 
 
 
Características básicas: 
Assim como o LM 339, o LM311 tem sua saída “open collector”, necessitando de um resistor “pull -up” para 
elevar a saída. Este integrado pode acionar saídas como lâmpadas ou relês, comutando tensões de até 
50V/50mA. 
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Outra característica importante é o “strobe”, que permite habilitar ou não a saída do comparador. 
 
Aplicações em circuitos de instrumentação 
 
Ter o controle sobre variáveis de processo como, pressão, nível, temperatura etc, é de extrema importância para 
a industria e, os amplificadores operacionais, configurados como comparadores têm um papel importante neste 
processo. 
 
Medição e controle de temperatura 
O sensor LM35 é um sensor de precisão, fabricado pela National Semicondutores. Seu funcionamento é 
bastante simples, quando alimentado, ele apresenta uma saída de tensão linear de 10mV para cada grau 
Celsius de temperatura. 
 
Descrição de funcionamento: 
O circuito acima é composto de quatro partes, sendo: 
 Um sensor de temperatura 10mV /1ºC. 
 Um amplificador não inversor de ganho 10. 
 Um circuito comparador, com referência preestabelecida em 4V. 
 Uma etapa de potência, composta por uma chave eletrônica. 
 
Seu funcionamento é bastante simples, quando a temperatura atingir 40ºC a saída do sensor será de 400mV, 
que amplificada 10 vezes, chega a 4V na entrada do comparador, atingindo assim, a referencia e a saída do 
comparador comuta de −VSAT para +VSAT . A chave eletrônica poderá ligar ou desligar um outro dispositivo. 
 
Temperatura Saída do sensor Saída do amplificador Estado de saída 
 10ºC → 100mV → 1V → OFF 
 20ºC → 200mV → 2V → OFF 
 30ºC → 300mV → 3V → OFF 
 40ºC → 400mV → 4V → ON 
 50ºC → 500mV → 5V → ON 
 60ºC → 600mV → 6V → ON 
 70ºC → 700mV → 7V → ON 
 80ºC → 800mV → 8V → ON 
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Mais sobre temperatura - Termistores 
 
Os termistores são resistores não lineares, que alte
suas características da resistência com temperatura. 
 
Tipos de termistores : 
 
PTC: (Coeficiente positivo da temperatura), a resistê
aumentará com o aumento da temperatura . 
 
NTC: (Coeficiente negativo da temperatura), a resistê
diminuirá com o aumento da temperatura . 
Ao lado a curva característica do NTC. 
 
 
 
O circuito de controle 
O circuito abaixo apresenta o LM393, (versão dual do LM339). O funcionamento do circuito é bastante simples, 
se a temperatura chegar a um determinado valor a chave eletrônica deverá ligar ou desligar algo. 
 
Dimensionando ou resistores 
 
Fazendo R2 = 2kΩ, teremos a 25ºC um sinal no term
(+) não inversor de : 
 
Vi@25ºC = [1kΩ÷(1kΩ+2kΩ)].12V 
Vi@25ºC = 8V 
 
Vi@50ºC = [0,8kΩ ÷ (0,8kΩ + 2kΩ)].12V 
Vi @ 50ºC = 8,57V 
 
Para que a saída comute de nível baixo para alto 
50ºC devemos ter uma tensão de referência de 8,57
Fazendo R1 = 10kΩ teremos : 
 
10kΩ = 3,43 V 
P = 8,57 V 
 
P = (10000Ω.8,57V) ÷ 3,43 V 
P = 24.985,42Ω 
 
O diodo protege o transistor contra transientes, no momento do desligamento do relé. 
 
Para saturar deve-se fazer a corrente de base 10 x menor que a corrente drenada pelo relé, no caso 40mA, 
portanto 4mA é o suficiente. Logo, 
R3 = (12 V – 0,7V) ÷ 4mA 
R3 = 2825Ω (comercial 2,8kΩ) 
 
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Medição e controle de nível 
Os comparadores podem ser usados em uma infinidade de aplicações. Uma outra aplicação bastante simples, 
na verdade artesanal, é um controle de nível de um tanque. 
 
Descrição de funcionamento: O potenciômetro deve ser ajustado de maneira que, quando o nível do líquido subir 
a tensão na entrada não inversora deverá diminuir. Assim, quando a tensão cair abaixo da referência à saída do 
LM é levada para nível baixo e o relé desliga a entrada do líquido. Melhorias poderão ser feitas depende da 
criatividade. 
 
Detectores de presença 
O circuito comparador nos dá uma infinidade de idéias, de baixo custo. Uma delas é um detector de presença, 
que pode ser construído facilmente com um LDR (Resistor Dependente de Luz), que possui baixa resistência 
quando iluminado e alta resistência quando na sombra. 
 
 
Descrição de funcionamento: Enquanto a luz do laser estiver iluminando o LDR,sua resistência será baixa e a 
tensão no pino 5 será inferior a tensão de referência e a saída baixa. Quando o feixe de luz for interrompido a 
resistência no LDR será muito alta e a tensão no pino 5 ultrapassa a tensão de referência, e a saída será alta 
acionando a sirene. 
www.clubedaeletronica.com.br 
 
Os que acreditam que com dinheiro tudo se pode fazer, estão indubitavelmente dispostos a fazer tudo por dinheiro. 
(Beauchène) 
Referências bibliográficas 
 Pertence, A. Amplificadores Operacionais – 5ª edição. São Paulo: Makron Books, 1996. 
 Gluiter, A .F. Amplificadores Operacionais fundamentos e aplicações. São Paulo: McGraw Hill , 1988. 
 Malvino, A.P. Eletrônica - volume II. São Paulo: Makron Books, 1997. 
 Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro: Prentice-Hall, 1994. 
 Lalond, D.E. e Ross, J.A. Princípios de dispositivos e circuitos eletrônicos. São Paulo: Makron Books, 1999. 
 Datasheet – LM311 e LM339 – National semicondutores.