Antes de que pueda abordar cualquiera de las dos preguntas, debe modificar el circuito. Conecte una resistencia de 1k de VF1 a +12. En su estado actual, la salida tiene un cambio de cero a aproximadamente 6 voltios, pero solo lo hará mientras maneja una carga de alta impedancia como CMOS.
Ahora para la pregunta 2. R2 y R4 producen un nominal de 6 voltios, y C1 AC acopla la entrada, por lo que la señal ahora gira alrededor de esos 6 voltios en la entrada del comparador. R3 y R5 también producen 6 voltios nominales en la entrada +, y esto forma el nivel de referencia para el comparador. R1 proporciona retroalimentación positiva, también llamada histéresis, y garantiza una transición limpia de alta a baja y viceversa.
En principio, esta histéresis es la causa de su problema, aunque es solo una parte. Digamos que - la entrada es más negativa que la entrada de referencia, y la salida es alta. No se está extrayendo corriente a través de R1, por lo que la salida es de 6 voltios. Ahora conduzca la señal a más de 6 voltios. La salida bajará, y la entrada + caerá en $$ \ Delta V = 6 \ times \ frac {\ frac {4.7k} {2}} {\ frac {4.7k} {2} + 220} =. 063 \ text {volts} $$ Si bien ese número parece explicar su problema, no lo hace. Básicamente, tuviste suerte con tus resistencias. Los dos divisores de voltaje (R2 / R4 y R3 / R5) solo darán exactamente el mismo voltaje si las resistencias tienen exactamente las mismas relaciones, y probablemente esté usando resistencias del 1%. Si tiene en cuenta estas tolerancias, podría obtener otro .063 voltios de diferencia, lo que limitaría su amplitud útil a 126 mV. Como te digo, tienes suerte.
EDITAR - Bueno, me retiro eso. No tuvo suerte, exactamente, es solo que el simulador utilizó valores de resistencia idénticos, por lo que es el equivalente a usar resistencias de muy alta precisión. Entonces mi cálculo solo es necesario si realmente construyes el circuito en la vida real. EDICIÓN FINAL.
En cuanto a la pregunta 1, recomendaría algo como
simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab
EDITAR - Dado que un zener es aceptable donde un amplificador operacional no lo es, R2 puede reemplazarse con un zener de 6 voltios, R1 con una resistencia de 300 ohmios, y OA1 y C3 eliminados, como se muestra a continuación
simular este circuito
END EDIT
Esto hace referencia a ambas entradas al mismo voltaje, y la histéresis se reduce a +/- 3 mV. En teoría, esto permitirá encender una señal de 6 mV (pk-pk). Sin embargo, esto también ignora el hecho de que el comparador tiene un voltaje de compensación de entrada, que puede ser tan grande como 9 mV, por lo que puede que no sea posible una señal de 10 mV.
Además, con la reducción de ruido de histéresis en la señal puede convertirse en un problema. Deberá tener cuidado en su construcción y blindaje, y no olvide agregar una tapa de cerámica de 0.1 uF al cable de alimentación de cada IC como se muestra. Instálalas lo más cerca posible de los circuitos integrados, y un plano de tierra es una muy buena idea.
