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20/04/2018 Circuitos comparadores http://www.clubedaeletronica.com.br/Eletronica/HTML/Circuitos%20comparadores.htm 1/6 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. 20/04/2018 Circuitos comparadores http://www.clubedaeletronica.com.br/Eletronica/HTML/Circuitos%20comparadores.htm 2/6 Circuitos integrados dedicados à comparação A necessidade de comparação de sinais, principalmente em sistemas de controle, levou fabricantes de semicondutores a produzirem circuitos integrados dedicados à comparação, entre os quais se destacam o LM339 e o LM311. O comparador LM339 e família. É um circuito integrado de alta versatilidade e fácil uso, consiste em quatro comparadores (LM339) 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 NPN com coletor aberto, portanto é necessário um resistor de elevação “pull – up”. Interface com circuitos lógicos O LM339 possui saída compatível com sistemas lógicos TTL, DTL, ECL, MOS e CMOS. 20/04/2018 Circuitos comparadores http://www.clubedaeletronica.com.br/Eletronica/HTML/Circuitos%20comparadores.htm 3/6 Comparador com janela Também conhecido como detector de faixa o comparador com janela apresenta 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 = 10kW ¸ (10kW + 2kW). 12V = 2V VREF 2 = 2kW ¸ (2kW + 10kW). 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 e relês, comutando tensões de até 50V/50mA. 20/04/2018 Circuitos comparadores http://www.clubedaeletronica.com.br/Eletronica/HTML/Circuitos%20comparadores.htm 4/6 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 nesse controle. 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 três partes, sendo: q Um sensor de temperatura 10mV /1ºC. q Um amplificador não inversor de ganho 10. q Um circuito comparador, com referência preestabelecida em 4V. 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 . Temperatura Saída do sensor Saída do amplificador Estado de saída q 10ºC ® 100mV ® 1V ® OFF q 20ºC ® 200mV ® 2V ® OFF q 30ºC ® 300mV ® 3V ® OFF q 40ºC ® 400mV ® 4V ® ON q 50ºC ® 500mV ® 5V ® ON q 60ºC ® 600mV ® 6V ® ON q 70ºC ® 700mV ® 7V ® ON q 80ºC ® 800mV ® 8V ® ON Mais sobre temperatura - Termistores Os termistores são resistores não lineares, que alteram suas resistência com o aumento ou diminuição da temperatura. 20/04/2018 Circuitos comparadores http://www.clubedaeletronica.com.br/Eletronica/HTML/Circuitos%20comparadores.htm 5/6 Tipos de termistores : PTC: (Coeficiente positivo da temperatura), a resistência aumentará com o aumento da temperatura . NTC: (Coeficiente negativo da temperatura), a resistência 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 resistores Fazendo R2 = 2kW, tem-se a 25ºC um sinal no terminal (+) não inversor de : Vi@25ºC = [2kW¸(1kW+2kW)].12V Vi@25ºC = 8V Vi@50ºC = [2kW ¸ (0,8kW + 2kW)].12V Vi @ 50ºC = 8,57V Para que a saída comute de nível baixo para alto em 30ºC, deve-se ter uma tensão de referência de 8,57V Fazendo R1 = 10kW, tem-se : 10kW = 3,43 V P = 8,57 V P = (10000W.8,57V) ¸ 3,43 V P = 24.985,42W O diodo protege o transistor contra transientes, no momento do desligamento do relé. Para o transistor 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 = 2825W (comercial 2,8kW) 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. 20/04/2018 Circuitos comparadores http://www.clubedaeletronica.com.br/Eletronica/HTML/Circuitos%20comparadores.htm 6/6 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 de sua 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 construídofacilmente 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 q Pertence, A. Amplificadores Operacionais – 5ª edição. São Paulo: Makron Books, 1996. q Gluiter, A .F. Amplificadores Operacionais fundamentos e aplicações. São Paulo: McGraw Hill , 1988. q Malvino, A.P. Eletrônica - volume II. São Paulo: Makron Books, 1997. q Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro: Prentice-Hall, 1994. q Lalond, D.E. e Ross, J.A. Princípios de dispositivos e circuitos eletrônicos. São Paulo: Makron Books, 1999. q Datasheet – LM311 e LM339 – National semicondutores. Clube da eletrônica - Amplificadores operacionais III Autor : Clodoaldo Silva – Revisão: 02Nov2006.
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