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Amplificador Operacional  
Aula08: Circuitos Não Lineares - Comparadores

1. Comparadores de Zero

       Como já visto, 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. Na Fig01 vemos a curva característica de transferência típica de um AO, em malha aberta (sem realimentação).

1.1. Curva Característica de Transferência de Malha Aberta 

A figura a seguir mostra a curva característica de transferência em malha aberta de um Ao típico e do AO ideal.

2. Comparador  de Zero Não Inversor

Na curva característica do AO em malha aberta da Fig01 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 Fig02 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".

O circuito da Fig02a 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 +V_Sat para -V_Sat ou vice versa.
Por exemplo, se   Ve = 4.senwt(V)  no circuito da Fig02 a saída será uma onda quadrada de mesma freqüência e em fase  com a  senóide  de  entrada. A Fig03 mostra as formas de onda de entrada e saída.

Pelo visto fica claro o por que do nome  comparador ou detetor de zero,  toda vez que a entrada passa pelo zero a saída mudará de  + Vcc para -Vcc ou vice -versa.

3. ExperiênciaAO14 -  Comparador  de Zero Não Inversor

3.1. Abra o arquivo  Exp14 MicroCap8 ou Exp14 Multisim2001, identifique   o circuito da Fig04. Inicie a  simulação  anotando as formas de onda  de saída (Vs) e entrad (Ve). Anote  também os valores  máximo e mínimo  da tensão   de saturação.

3.2. Conclusões

4. Comparador  de Zero  Inversor

    Ë semelhante ao não inversor, porém o sinal é aplicado na entrada inversora, Fig05 .                               

    Se for aplicado um sinal senoidal como  Ve = 4.senwt(V) na entrada do circuito a saída será uma onda quadrada de mesma freqüência, mas defasada  de  180º em relação à entrada, Fig06.

5. ExperiênciaAO15 -  Comparador  de Zero  Inversor  
5.1. Abra o arquivo   Exp15 MicroCap8 ou Exp15 Multisim2001, identifique   o circuito da Fig07. Inicie a simulação anotando as formas de onda  de saída (Vs) e entrad (Ve). Anote  também os valores  máximo e mínimo  da tensão   de saturação.

5.2. Conclusões 

6. 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 +V_Sat  e -V_Sat    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 Fig08.

Observe no circuito da Fig08 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 +V_Sat para -V_Sat 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 +V_Sat   para   -V_Sat   a amplitude do sinal deve ser maior do que V₁ e para mudar de  - V_Sat para  + V_Sat a amplitude do sinal deve ser menor do que - V_Sat.

A figura 9 mostra a entrada e a saída de um comparador de zero inversor com histerese.

Observe que  a forma de onda continua a ser quadrada, porém com uma leve defasagem. Quanto maior for o valor de pico da senoide em relação à V₁ e V₂ menor será a defasagem.

7. Experiência AO16 - Comparador de Zero com Histerese

7.1. Abra o arquivo   Exp16 MicroCap8  ou Exp16  Multisim2001,  identifique o circuito da Fig10. Calcule  os valores das tensões que provocam as mudanças da saída ( V₁ e V₂ ) e anote. Ative o circuito  e  anote as formas de onda  da entrada e saída , medindo os valores de V₁ e V₂  

7.2. Conclusões: