Condensador de realimentación negativa en el circuito comparador de amplificador operacional

Este es un uso típico de un Amplificador operacional convencional que funciona como un Comparador .

Primero describámoslo de manera intuitiva:

• Si dejamos C1 fuera del circuito (desconectado) , tenemos un amplificador operacional sin retroalimentación (negativo o positivo). Bajo esta condición, la salida del amplificador será la diferencia de sus entradas multiplicada por la ganancia de bucle abierto.
• Entonces, tan pronto como la entrada positiva se vuelva un poco más positiva que la entrada negativa (más menos el error de voltaje de compensación de entrada), la salida del amplificador se "saturará" hacia el riel positivo (+ 15V) .
• Por otra parte, cuando la entrada positiva tiene un voltaje ligeramente más bajo que el voltaje en la entrada negativa , la salida del amplificador se "saturará" hacia el riel negativo (nodo 3) .

• Dado que la entrada negativa se establece mediante un simple divisor de tensión de resistencia y la entrada positiva es la tensión generada en R2 por la corriente del fotodiodo, este circuito es un detector / discriminador de intensidad de luz simple ,

  1. El umbral del comparador se puede "programar" configurando la proporción \ $ \ frac {R4} {R3 + R4} \ $.
  2. El factor de ganancia del fotodiodo (transimpedancia) se establece solo con R2.

• Sin embargo, la gran pregunta es qué sucede cuando / si la entrada positiva se mantiene cerca del umbral de tensión establecido en la entrada negativa . ¿Qué sucede si la señal de entrada del fotodiodo (en R2) es ruidosa?

  • La respuesta es que obtendrá una serie de impulsos rápidos en la salida, girando riel a riel. No es bueno si desea obtener una señal de salida limpia.
  • O el amplificador operacional puede comenzar a oscilar debido al hecho de que la ganancia de alta frecuencia del circuito es ilimitada.

Ahora, vamos a hacer los cálculos y ver cómo un simple condensador de bajo valor utilizado como elemento de retroalimentación negativa puede mejorar enormemente nuestro circuito:

• La ganancia de un solo circuito de Op-Amp no inversor viene dada por: \ $ H (s) = 1 + \ frac {Z_2} {Z_1} \ $, donde \ $ Z_2 \ $ es la impedancia de retroalimentación ( en nuestro caso, el condensador) y \ $ Z_1 \ $ la combinación paralela equivalente de \ $ R_3 \ $ y \ $ R_4 \ $, que llamaremos \ $ R_p \ $.

  \ $ H (s) = 1 + \ frac {Z_2} {Z_1} = 1+ \ frac {1} {R_p Cs} = \ frac {R_pCs + 1} {R_pCs} \ $

• La ganancia en DC ( frecuencia cero ) , según la expresión anterior, subirá a "infinito". En realidad, la ganancia de CC estará limitada por la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional, generalmente alrededor de > 100000 .

  • Entonces, nuestro circuito todavía funciona como un comparador , ya que su ganancia de baja frecuencia es enorme.
• Tenga en cuenta que a medida que aumenta la frecuencia , las ganancias comienzan a disminuir , hasta que se convierte en una de frecuencias muy altas .
  • Esto es genial, ya que ahora nuestro circuito se volverá menos sensible al ruido de alta frecuencia cuando la entrada esté cerca de su umbral .

En resumen ,

  

• Agregando un pequeño condensador de realimentación a un Op-Amp que funciona como un comparador, disminuirá la ganancia de alta frecuencia del circuito,   haciéndolo más estable . Esto es obligatorio para cualquier Op-Amp que funcione como   comparador , ya que muchos / la mayoría de los Op-Amps pueden oscilar si la frecuencia alta   del circuito es ilimitado.

  

• Sin embargo, con el simple circuito que se muestra arriba , todavía tendrá algunos movimientos no deseados en la salida , en caso de que el ruido sea muy alto   y la señal de entrada se mantiene cerca del umbral para el período "largo" de   hora. Para aumentar la robustez del circuito en ese   situaciones, es necesario agregar un poco de control   retroalimentación positiva , haciendo que se comporte con histéresis ( enlace ).

  

Encontré algunas notas interesantes sobre circuitos comparadores básicos, bastante bien escritos y explicados,

enlace