¿Qué es un Comparador?
Un comparador es un elemento que compara dos señales de entrada y produce diferentes salidas en función de los resultados. Generalmente, se utilizan dos entradas: la entrada de la señal que se desea medir y una señal de referencia.
Esto permite realizar bifurcaciones condicionales en el circuito, por ejemplo, realizar una operación específica cuando se introduce una señal (corriente o tensión) que supera el valor de referencia.
Las entradas de los comparadores son analógicas, pero las señales de salida son digitales
La entrada de un comparador es analógica, pero la señal de salida es digital. Por tanto, los comparadores pueden utilizarse como interfaz entre circuitos analógicos y digitales.
Usos de los comparadores
Los comparadores pueden utilizarse para construir circuitos lógicos que realicen comparaciones entre las señales de entrada (corriente y tensión) y las señales de referencia. Por ejemplo, pueden controlar subidas o bajadas excesivas de tensión y alertar cuando están fuera de rango, o controlar el funcionamiento de equipos.
También pueden utilizarse otras ramas condicionales si/entonces, como ajustar automáticamente la temperatura de un frigorífico o un aire acondicionado, o limitar el rendimiento de un teléfono móvil o un PC cuando la batería se está agotando.
Principio del comparador
Los comparadores tienen cinco terminales, que comprenden un terminal de alimentación positivo y otro negativo, dos entradas y un terminal de salida. Su configuración es prácticamente idéntica a la de un amplificador operacional, con la única diferencia de si se realiza o no una amplificación inversora. Los amplificadores operacionales tienen originalmente la propiedad de emitir la tensión de la fuente de alimentación cuando hay una diferencia en la tensión de entrada, y los comparadores aprovechan esta propiedad.
Por el contrario, si se construye un circuito para aplicar realimentación desde el terminal de salida del comparador al terminal negativo de entrada, se puede utilizar como un amplificador operacional. Como los comparadores no tienen un mecanismo para invertir la amplificación, no proporcionan compensación de fase para evitar la oscilación como hacen los amplificadores operacionales.
Por lo tanto, la principal característica de los comparadores es que tienen una respuesta superior en comparación con los amplificadores operacionales. Si se utilizan varios comparadores y el valor de referencia se ajusta por pasos, pueden utilizarse como convertidores AD. Los convertidores AD con una estructura de este tipo pueden realizar conversiones de alta velocidad.
Más Información sobre Comparadores
Comparadores de Histéresis
Si el comparador tiene un único umbral de comparación, un ruido externo inesperado superpuesto a la señal analógica hará que el comparador repita Alto/Bajo en respuesta al ruido. Esto provoca un mal funcionamiento en lugar de conmutar con el valor de entrada original, por lo que se inventó un comparador llamado comparador de histéresis.
Los comparadores de histéresis se caracterizan por tener dos valores umbral en función del estado de la salida. En cuanto la salida conmuta, lo hace a otro valor umbral distinto del anterior, evitando así fallos inesperados inducidos por el ruido.
La configuración del circuito de un comparador de histéresis aplica una realimentación positiva desde el terminal de salida de un Comparador convencional al terminal de entrada a través de una resistencia o similar. Por cierto, este circuito se denomina disparador Schmitt por el nombre del inventor (Otto Schmitt).
Los disparadores Schmitt se suelen utilizar en combinación con elementos activos como diodos Zener para evitar fluctuaciones en la tensión de alimentación, lo que hace que el circuito sea más versátil. Los umbrales del comparador de histéresis pueden ajustarse simétricamente en más o en menos con referencia a 0 V o asimétricamente, pero lo importante aquí es que la anchura de la histéresis no sea demasiado grande.
Esto se debe a que, aunque el aumento de la anchura de histéresis mejora la inmunidad al ruido externo, la sensibilidad al valor de entrada que se va a juzgar originalmente se degrada. Por lo tanto, se debe tener cuidado de no aumentar el ancho de histéresis más de lo necesario por encima del valor de ruido real. Para un diseño más equilibrado, también debe tenerse en cuenta la relación entre la tensión de umbral y la tensión de alimentación del comparador.