Comparatore
In elettronica si dice comparatore un circuito in grado di confrontare fra loro due segnali di ingresso, fornendo in uscita un livello alto e basso a seconda di quale dei due segnali di ingresso è maggiore dell'altro.
Il modo più semplice di realizzare un comparatore è utilizzare un amplificatore operazionale ad anello aperto, cioè senza collegamento di retroazione. I due segnali da confrontare vengono collegati con l'ingresso invertente e non invertente dell'operazionale. L'uscita dell'operazionale vale +Vsat (tensione di saturazione a livello alto) se il segnale applicato all'ingresso + è maggiore di quello applicato all'ingresso -; viceversa l'uscita dell'operazionale vale - Vsat (tensione di saturazione a livello basso).
Solitamente il comparatore viene usato con uno dei due ingressi costante (tensione di soglia o di riferimento) e l'altro variabile. Se la tensione di riferimento viene applicata all'ingresso - si parla di comparatore non invertente: in questo caso la tensione di uscita dell'operazionale va a livello alto quando l'ingresso variabile (applicato sul +) supera la tensione di soglia:
Quando invece la tensione di riferimento costante viene applicata all'ingresso +, il comparatore viene detto invertente: in questo caso la tensione di uscita dell'operazionale va a livello alto quando l'ingresso variabile (applicato sul -) scende sotto alla tensione di soglia.
Il valore esatto della tensione di saturazione dell'operazionale dipende dalla tensione di alimentazione e non è esattamente controllabile. Usando un diodo zener in uscita all'operazionale, è possibile fissare il livello di tensione al valore della tensione di zener.
Quando la tensione di uscita dell'operazionale Vop è a livello basso, il diodo zener è polarizzato direttamente e mantiene ai suoi capi una tensione di circa 0,7 V (dunque Vu = -0,7 V in queste condizioni). Quando invece Vop supera la tensione di zener, il diodo zener si attiva e fornisce una tensione costante (detta tensione di zener, che dipende dal tipo di diodo).
Utilizzando in uscita due zener in opposizione è possibile controllare i valori di tensione in uscita a livello basso e alto:
Il comparatore a finestra riceve in ingresso due tensioni di riferimento Vrf1 e Vrf2 e consente di verificare se la tensione variabile Vi è compresa oppure no fra le due precedenti tensioni. Si supponga che Vrf2<Vrf1.
Questo circuito non può funzionare "a vuoto" (cioè senza carico), ma solo in presenza di una resistenza RL che garantisce un passaggio di corrente sufficiente per polarizzare i due diodi in zona diretta (in conduzione).
Quando Vrf2 < Vi < Vrf1 (Vi compresa fra le due tensioni di riferimento), entrambi gli operazionali A1 e A2 saturano a -Vsat e dunque D1 e D2 sono in interdizione (Vout = 0V). Se Vi < Vrf2, l'operazionale A2 satura a +Vsat e porta in conduzione il diodo D2: in questo caso dunque Vout = +Vsat (a meno della caduta di tensione sul diodo). Analogamente se Vi>Vrf1, l'operazionale A1 satura a +Vsat e porta in conduzione D1. Anche in questo caso Vout = +Vsat.
In pratica la tensione di uscita Vout vale 0 V solo quando entrambi gli operazionali sono a -Vsat, cioè solo quando Vi è compresa fra le due tensioni di riferimento. In ogni altro caso, Vout = +Vsat.
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