Como funcionan los comparadores simples de cruce por cero y con histéresis. y los que tienen un punto de referencia diferente a cero

1. Comparadores
Los amplificadores operacionales
suelen usarse como dispositivos no
lineales, para comparar dos niveles de
voltaje.

2. En esta situación un comparador puede ser una solución perfecta. El
amplificador operacional se utiliza en la configuración de lazo abierto con el
voltaje que entrada en una de sus dos entradas (inversora o no inversora) y
un voltaje de referencia en la otra entrada. La salida es uno de dos estados,
dependiendo de si el voltaje de salida es alto o bajo. Por esta razón, los
comparadores son comúnmente usados como conexión entre circuitos
analógicos y digitales.
Circuito Básico o detector de cruce por cero.
Una aplicación básica del amplificador operacional como comparador es
determinar cuando un voltaje de entrada excede cierto nivel.
Dada la alta ganancia de voltaje en lazo abierto, un voltaje de entrada
positivo provocará una saturación (positiva o negativa) en la salida del
amplificador operacional. Lo mismo sucede con un voltaje negativo,
dependiendo por cual entrada (inversora o no inversora) se alimenta dicho
voltaje.
Al colocar la otra entrada como se muestra en la figura 1, el detector de
cruce por cero, tiene una de sus entradas conectada a tierra y dependiendo

3. De cuál sea, la diferencia con la otra entrada la salida del amplificador
operacional se saturará positiva o negativamente, en el momento en que la
señal a compara cruza el nivel de tierra (cero) hacia arriba o hacia abajo.
F ig 1
>
+
- V s a t
V o
_
+ V s a t
V o u t
V in>
V in
En la figura 1 vemos un comparador no inversor, pues al pasar la señal de
entrada subiendo, la salida se satura positivamente y si va bajando hacia
negativo, la salida se satura negativamente.
En la figura 2 vemos un comparador inversor, o sea que su voltaje de
referencia, en este caso la tierra está conectada a la entrada no inversora y
la señal de entrada a comparar, esta conectada a la entrada inversora,
haciendo que cuando cruza por cero hacia el positivo, la salida se saturará

4. Negativamente y si cruza por cero hacia el negativo, la salida se saturará
positivamente.
+
_
0
V o
0
>
>
V in
V in
F ig 2
V o u t
- V s a t
+ V s a t
Esto sucede pues el amplificador operacional va a amplificar la diferencia
entre los dos voltajes de entrada por el valor de la ganancia en lazo abierto
de voltaje del amplificador operacional.
Dado que la mayoría de los amplificadores operacionales se alimentan con
fuentes de voltajes simétricos ±, y de valores no mayores a 25 voltios, y sus
ganancias en lazo abiertos son mayores a 50000 veces, las diferencias entre
los voltajes de referencia y de la señal de entrada serán muy pequeñas para
llevar la salida a saturación.

5. mvv
v
Vi 5,00005,0
50000
25
±=±=
±
=
Luego, el voltaje para producir una saturación positiva o negativa será ± 0,5
mV o 500µV.
Este circuito se puede usar para obtener una señal cuadrada a partir de una
onda sinusoidal, ahora si conozco el slew rate del amplificador operacional
podemos conocer la frecuencia máxima hasta la cual lo podemos usar para
producir señales cuadradas, sin tener distorsión
Circuitos de protección o fijación de entrada.
Como los amplificadores operacionales trabajan comúnmente con
alimentaciones de ± 15 V. Si la señal a comparar es grande en relación con
el voltaje de alimentación, podemos destruir el circuito integrado.
Por lo cual, podemos usar circuitos fijadores o recortadores, como los
mostrados en la figura 3. A fin de limitar el voltaje de entrada a un máximo
de ± 0,7 V, que es el valor de conducción de los diodos y con el valor de R
grande, para limitar la corriente que circulará por los diodos al entrar en
conducción.

6. V o u tV in R
+
_
F ig 3
Como se vio los 0,7 V de conducción de los diodos es más que suficiente
para llevar el comparador a saturación, sin llegar a dañarlo, pero si
protegerlo.
Como se va ha producir el efecto de offset de la corriente de polarización de
entrada, y eliminarlo, debe colocarse en la otra entrada una resistencia de
compensación de igual valor a la resistencia limitadora de corriente, como se
observa en la figura 4.
V o u t
F i g 4
V i n R
+
_
R
Circuitos limitadores de salida.
La oscilación de salida de un comparador puede ser muy grande en alguna

7. aplicación. Se puede limitar la salida usando dos diodos zener enfrentados,
como se ve en la figura 5 a En este circuito la salida está limitada al valor de
conducción de un zener más el voltaje de la zona de corte del otro (1N749
zener de 4,3 V + 0,7 V del otro en polarización directa) dando
aproximadamente ± 5 V de limitación en ambos picos de saturación.
- 0 , 7 v
+
_
( b )
_
R
( a )
F ig 5
( c )
+
- V
1 2
+ 5 v
+
- 5 v
V o u t
12
V o u t D
+ V
R 1V in
R 2
V in
_
V o u t
1 N 7 4 9
V = R 2 / ( R 1 + R 2 )
+ 1 5 v
1 N 7 4 9
V in
Punto de comparación diferente de cero
El comparador de cruce por cero, se puede modificar para comparar voltajes

8. Donde:
diferentes de cero, cambiando el voltaje de referencia de tierra a un valor
dado, sea obtenido a través de un divisor resistivo, dependiendo si se
alimenta positivamente o negativamente.
Este voltaje de referencia se puede alimentar tanto a la entrada inversora
como a la no inversora, así mismo será la salida. Como se muestra en las
figuras 6 a y b
V in
>
V o
V r e f
V o
R 1
+
V o
( a )
_
R 2
+ V s a t
>
R 2
>
- V s a t
V in
V o
V in
>
V r e f
+ V c c
( b )
+ V s a t
R 1
- V s a t
V in
- V e e
F ig 6
Vcc
RR
R
Vref
21
1
+
=
Vcc
RR
R
Vref
21
1
+
=

9. A estos circuitos se les debe agregar un condensador de desacople a fin de
disminuir o anular el efecto del rizado de la fuente que alimenta el voltaje de
referencia, y el ruido que puede estar presente, para evitar problemas de
comparación para que sea un valor limpio y exacto de comparación
La capacidad se debe calcular haciendo que la reactancia capacitiva XC sea
(R1//R2)/10 y la frecuencia menor a la del rizado. Luego:
CRR
fC
)//(2
1
21π
=
Reducción de los efectos del ruido mediante
histéresis
Si un comparador recibe una cantidad importante de ruido en su entrada, la
salida puede ser errática cerca del punto de conmutación. Con el objeto de
hacer al comparador menos sensible al ruido a menudo se usa una técnica
que incorpora realimentación positiva, llamada histéresis, lo que hace dicha
realimentación es acelerar el paso a saturación y mantenerlo allí.

10. Para salir de esa saturación a la otra la señal de entrada debe superar un
valor de voltaje, así se asegura que ningún ruido en la señal lo saque de
saturación fácilmente.
Los puntos donde debe llegar la señal de entrada para hacer que el
comparador cambie de un valor de saturación a otro se llama “punto de
saturación superior” el más positivo y “punto de saturación inferior” el más
negativo.
Estos puntos se establecen mediante la cantidad de realimentación positiva
que se introduzca.
Comparador inversor con histéresis (o disparador de Schmitt)
Cuando el comparador tiene su salida saturada positivamente, el divisor de
voltaje que realimenta la salida a la entrada no inversora, ver la figura 7 y la
señal de comparación se aplica a la entrada inversora, entonces el voltaje
reinyectado a la entrada no inversora será:
( )satpcs V
RR
R
V +
+
=
21
2
( )satpcs V
RR
R
V +
+
=
21
2

11. V i n
_
V p c s
>
F i g 7
V p c i
+
+ V s a t
R 1
R 2
>
V i n V o
V o
- V s a t
>
>
Cuando VIN excede VPCS el voltaje de salida cae al voltaje de saturación
negativo, ahora el voltaje reinyectado a la entrada no inversora es VPCI y se
expresa como:
( )satpci V
RR
R
V −
+
=
21
2
( )satpci V
RR
R
V −
+
=
21
2
Ahora el voltaje de entrada debe caer por debajo de VPCI para que el
comparador conmute a la saturación positiva. La cantidad de
realimentación viene dada por:
21
2
RR
R
B
+
=

12. La cantidad de histéresis o sea el espacio entre el VPCS y VPCI será:
PCIPCShisteresis VVV −=
Si se expresan con los valores de VPCS y VPCI podemos hallar la histéresis
también:
PCIpcs VVH −=
satBVH 2=
−+ −= satsat BVBVH
satBVH 2=

13. Comparador con histéresis sin inversión
El comparador sin inversión es un circuito disparador de Schmitt no inversor
como se ve en la figura 8
V in
>
R 1
R 2
V in
V o u t
>
V p c i
>
- V s a t
+ V p c s
+ V s a t
_
V o
F ig 8
>
Como en el circuito comparador el voltaje se reinyecta a la entrada positiva
para reforzar la saturación positiva o negativa. Aquí VPCS es como sigue:
+= satpcs V
R
R
V
2
1
+= satpcs V
R
R
V
2
1

14. Lo mismo que el VPCI:
−−= satpci V
R
R
V
2
1
−−= satpci V
R
R
V
2
1
La histéresis será VPCS – VPCI :






−−= −+ satsat V
R
R
V
R
R
H
2
1
2
1






−−= −+ satsat V
R
R
V
R
R
H
2
1
2
1 satV
R
R
H
2
1
2=
satV
R
R
H
2
1
2=