comparatori di soglia

Materie:	Appunti
Categoria:	Elettronica
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Data:	25.05.2005
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Comparatori di soglia
Il comparatore di soglia è blocco funzionale che accetta un segnale analogico in ingresso e fornisce un segnale discreto in uscita (fig 10.9a).
Ha la funzione di trasformare un segnale analogico in un segnale digitale a 1 bit (ON/OFF). E’ utilizzato nei termostati, nei sensori di livello, ecc. Il circuito confronta il segnale analogico con un determinato valore, la soglia, e in uscita mette il risultato di questo confronto (fig 10.9b). Come vedremo, è uno degli elementi di base nella realizzazione dei generatori di segnale.
Un comparatore di soglia può essere realizzato con un amplificatore operazionale che confronta il segnale di ingresso VS con una tensione di riferimento Vref, e produce due livelli di uscita a seconda che il segnale sia maggiore o minore della soglia (fig 10.10).
10.2.1. COMPARATORE NON INVERTENTE
Il comportamento del comparatore non invertente è rappresentato dal grafico di fig. 10.9b. In fig 10.11b è rappresentata la sua transcaratteristica. Come si vede nel circuito (fig 10.11a), la tensione di ingresso Vs entra sul morsetto +.
10.2.2. COMPARATORE INVERTENTE
Il circuito del comparatore invertente è rappresentato in fig. 10.12a; rispetto al precedente si sono solo invertiti i due poli, quindi il segnale di ingresso Vs entra nel morsetto .
10.2.3 Comparatori con due soglie
Nel grafico di fig 10.13 è rappresentata la forma della transcaratteristica dell’amplificatore reale.
Come si può vedere, se GH fosse uguale a 1, avremmo GFFF. Quindi per far un comparatore di soglia (con una soglia) occorre chiudere in un anello di reazione positiva l’amplificatore operazionale. In questo modo otteniamo una transcaratteristica molto vicina a quella ideale.
Un sistema (comparatore ad una soglia) non è in pratica utilizzabile. Infatti bisogna tener conto che il segnale di ingresso sarà affetto da rumore: quando la Vi dell’amplificatore si trova nell’intorno della soglia, le sue oscillazioni casuali provocano una serie di veloci commutazioni (fig 10.14).
10.2.4. Trigger Schmitt
Il comparatore con reazione positiva riportato in fig. 10.19 viene comunemente indicato con il nome di TRIGGER SCHMITT.
Quando l’amplificatore operazionale è in linearità vale il modello ideale dell’amplificatore stesso; con riferimento alle figure 10.20a e 10.20b, calcoliamo i valori delle due soglie VS1 e VS2.
Imponiamo la condizione Vi=0, cioè V+=V=:
con questo sistema posso ricavare le due soglie:
Per realizzare un comparatore con certe soglie determinate e già decise, devo stabilire la Vref e le resistenze R1 e R2 necessarie. Posso diminuire le variabili da 3 a 2 considerando il rapporto R1/R2 invece delle singole resistenze.
Definiamo I (Isteresi) la differenza di tensione tra le due soglie:
Avendo fissato i valori delle soglie, conosciamo anche I, quindi possiamo calcolare il rapporto delle resistenze che ci serve; sostituiamo R1/R2 in una delle due equazioni che forniscono le soglie, per esempio VS1:
Tramite questa equazione posso ricavare anche la Vref che ci serve:
Il rapporto delle resistenze influisce sull’ampiezza dell’isteresi, mentre la Vref regola la posizione dell’isteresi relativamente all’origine.
Anche scambiando i due segnali di ingresso (fig 10.21a, fig 10.21b), quindi ponendo V1=Vref e V2=VS, otteniamo gli stessi risultati.
Rifacendo i calcoli, otteniamo queste due equazioni:
Definiamo
Come al solito, gli offset e le derive vanno a modificare i valori delle soglie; possiamo utilizzare i soliti accorgimenti per minimizzare questi effetti.
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