In questo post parleremo dell’op-amp come comparatore.Abbiamo già discusso altre applicazioni dell’op-amp in circuiti generatori di forme d’onda rettangolari come multivibratori astabili (o free-running), multivibratori monostabili (o one-shot) e multivibratori bistabili (o flip-flop).
Per capire meglio gli amplificatori operazionali clicca qui:- Amplificatori Operazionali (Op-amp)
Op-amp Comparatore
Un comparatore trova la sua importanza nei circuiti dove due segnali di tensione devono essere confrontati e devono essere distinti su quale è più forte. Un comparatore è anche un circuito importante nella progettazione di generatori di forme d’onda non sinusoidali come oscillatori di rilassamento.
In un op-amp con una configurazione ad anello aperto con un segnale differenziale o a singolo ingresso ha un valore maggiore di 0, il guadagno elevato che va all’infinito spinge l’uscita dell’op-amp in saturazione. Così, un op-amp che funziona in configurazione ad anello aperto avrà un’uscita che va a livello di saturazione positiva o negativa o passa tra i livelli di saturazione positiva e negativa e quindi taglia l’uscita sopra questi livelli. Questo principio è utilizzato in un circuito comparatore con due ingressi e un’uscita. I 2 ingressi, di cui uno è una tensione di riferimento (Vref) vengono confrontati tra loro.
Funzionamento del circuito comparatore 741 IC op-amp
Circuito comparatore 741 IC op-amp non invertente
Un circuito comparatore 741 IC op-amp non invertente è mostrato nella figura sottostante. Si chiama un circuito comparatore non invertente perché il segnale sinusoidale di ingresso Vin è applicato al terminale non invertente. La tensione di riferimento fissa Vref è data al terminale invertente (-) dell’op-amp.
Quando il valore della tensione di ingresso Vin è maggiore della tensione di riferimento Vref la tensione di uscita Vo va in saturazione positiva. Questo perché la tensione all’ingresso non invertente è maggiore della tensione all’ingresso invertente.
741 IC Non-Inverting Comparator Circuit
Quando il valore della tensione di ingresso Vin è inferiore alla tensione di riferimento Vref, la tensione di uscita Vo va in saturazione negativa. Questo perché la tensione all’ingresso non invertente è inferiore alla tensione all’ingresso invertente. Così, la tensione di uscita Vo passa dal punto di saturazione positivo al punto di saturazione negativo ogni volta che la differenza tra Vin e Vref cambia. Questo è mostrato nella forma d’onda qui sotto. Il comparatore può essere chiamato un rilevatore di livello di tensione, poiché per un valore fisso di Vref, il livello di tensione di Vin può essere rilevato.
Lo schema del circuito mostra i diodi D1e D2. Questi due diodi sono utilizzati per proteggere l’op-amp dai danni dovuti all’aumento della tensione d’ingresso. I diodi sono chiamati diodi clamp in quanto bloccano le tensioni differenziali di ingresso a 0.7V o -0.7V. La maggior parte degli op-amp non ha bisogno di diodi clamp perché la maggior parte di loro ha già una protezione incorporata. La resistenza R1 è collegata in serie alla tensione d’ingresso Vin e R è collegata tra l’ingresso invertente e la tensione di riferimento Vref. R1 limita la corrente attraverso i diodi clamp e R riduce il problema dell’offset.
741 IC Op-Amp Non-Inverting Comparator Waveform Circuito invertente 741 IC Op-amp circuito comparatore
Un circuito comparatore invertente 741 IC op-amp è mostrato nella figura sottostante. Si chiama circuito comparatore invertente perché il segnale d’ingresso sinusoidale Vin è applicato al terminale invertente. La tensione di riferimento fissa Vref è data al terminale non invertente (+) dell’op-amp. Un potenziometro è usato come circuito divisore di tensione per ottenere la tensione di riferimento nel terminale di ingresso non invertente. Le due estremità del POT sono collegate alla tensione di alimentazione +VCC e -VEE. La levetta è collegata al terminale d’ingresso non invertente. Quando il wiper è ruotato ad un valore vicino a +VCC, Vref diventa più positivo, e quando il wiper è ruotato verso -VEE, il valore di Vref diventa più negativo. Le forme d’onda sono mostrate qui sotto.
Op-amp 741 IC Inverting Comparator Circuit 
741 IC Op-Amp Inverting Comparator Waveform Comparator Characteristics
1. Operation Speed – According to change of conditions in the input, a comparator circuit switches at a good speed beween the saturation levels and the response is instantaneous.
2. Accuracy – Accuracy of the comparator circuit causes the following characteristics:-
(a) High Voltage Gain – The comparator circuit is said to have a high voltage gain characteristic that results in the requirement of smaller hysteresis voltage. Di conseguenza, la tensione di uscita del comparatore passa tra i livelli di saturazione superiore e inferiore.
(b) Alto rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) – I parametri di tensione di ingresso di modo comune, come il rumore, vengono respinti con l’aiuto di un alto CMRR.
(c) Corrente di offset di ingresso molto piccola e tensione di offset di ingresso – Una quantità trascurabile di corrente di offset di ingresso e tensione di offset di ingresso causa una quantità minore di problemi di offset. Per ridurre ulteriori problemi di offset, possono essere utilizzate reti di compensazione della tensione di offset e resistenze per minimizzare l’offset.