Comparatore a Finestra Questa configurazione circuitale

Comparatore a Finestra
Questa configurazione circuitale,viene adoperata
quando l’ampiezza del segnale da individuare,è
compresa fra due valori di tensione prefissati.
Per meglio capire quanto detto analizziamo al
figura sottostante:
5v ------ Finestra
0
VL= 1.5v VH=3v
Il grafico soprastante sintetizza quanto appena
asserito,in quanto notiamo che,l’uscita si può
trovare compresa tra 1.5v e 3v,che
rispettivamente indicano la tensione di soglia
inferiore VL e quella superiore VH:
Vediamo ora di realizzare la configurazione
circuitale che rispecchia quanto detto nella
teoria.
Prendiamo come primo riferimento il corso di
nuova elettronica,imparare l’elettronica
partendo da zero:
Riassumendo il testo ci chiede di progettare un
dispositivo che :
la tensione d’uscita si porta a zero,quando Vin
>4v , viceversa l’uscita si porta all’1 logico
quando supera i 6v.in poche parole per valori
esterni alla finestra il comparatore risponde con
lo zero logico.
Vediamo ora mediante simulazione di verificare
quanto esposto per rendere le idee un po’ più
chiare.
Primo step:
Verifica soglia minima:
ovvero per vin<4l’uscita è alta,e nel
particolare,osservando la configurazione
circuitale è l’operazionale U1B ad andare in
saturazione positiva,come possiamo notare
leggendo il voltometro collegato alla sua uscita,e
l’accensione del led.
Step 2
Tensione d’uscita=0 volt per valori compresi tra
Vmin e Vmax ossia 6>Vout=0>4
In questa condizione entrambi gli operazionali
sono in saturazione negativa.
Step 3
Verifica soglia Max
ovvero per vin>6l’uscita è alta,e nel
particolare,osservando la configurazione
circuitale è l’operazionale U1A ad andare in
saturazione positiva,come possiamo notare
leggendo il voltometro collegato alla sua uscita.
Viceversa se vogliamo la condizione inversa di
logica di funzionamento del nostro circuito,ossia
la tensione D’uscita risponda con l’1 logico per
valori compresi nella finestra. basta collegare il
catodo dei diodi D1 e D3 all’uscita dei
comparatoriU1A ed U1B,nonché modificare la
disposizione di resistori R1 R2 R3.,come da
schema sottostante:
Dalla simulazione sottostante,notiamo che per
valori compresi tra Vmin=4v e Vmax=6v
Il circuito risponde con l’uno logico,poiché il led
si accende,dal momento che in queste
condizioni,il circuito è come se non ci fosse
poiché i diodi D1 e D3 sono contropolarizzati.
Viceversa per valori esterni alla finestra il nostro
circuito risponde con Lo zero logico,conseguenza
di tale stato è ll led D2 spento. Poiché i diodi D2 e
D1 polarizati diretamente,contropolarizzano
l’anodo di D2
Dalla simulazione sottostante verifichiamo che
per Vin>VMax(6v)il led è spento.
Cosi anche per Vin<Vmin(4v)
Le cose non cambiamo in caso di alimentazione
singola degli operazionale.
L’unica differenza è che la tensione di
saturazione negativa viene riferita al potenziale
di massa ossia teoricamente 0v.
Esercizio cuniberti Vol1 pg 610
Un sensore di livello fornisce una tensione
proporzionale al livello di u liquido,variabile fra 0
e 10v.Si vogliono segnalare mediante
l’accensione di un LED ROSSO e di uno verde le
situazioni anomale di livello insufficiente e di
Livello eccedente,corrispondenti a 1/3 3 2/3 del
livello Massimo
Passiamo al calcolo della soglia massima e di
quella minima che valgono rispettivamente:
Vref
VrefMax VrefMIn
10 6,666667 3,333333
Calcolo Rsistori
R1 Kohm R2 ohm R3 ohm
2,222222 2,222222 2,222222
Analizziamo ora nel dettaglio la configurazione
che necessita al nostro scopo:
1. Siccome il segnale d’ingresso, deve essere
confrontato con due livelli di riferimento,
occorrono due comparatori.
2. Cerchiamo di capire se la configurazione
da adottare è quella che risponde con l’uno
logico in uscita per valori esterni alla finestra
o per valori compresi nella finestra:
3. Riportando l’enunciato del progetto
avremo che:
Si vogliono segnalare mediante l’accensione di
un LED ROSSO e di uno verde le situazioni
anomale di livello insufficiente e di
Livello eccedente,corrispondenti a 1/3 3 2/3 del
livello Massimo
4. Quindi il circuito accende il led LED
ROSSO Quando Vin<VrefMin
5. Viceversa accende il led verde,quando
Vin >VrefMax .Quindi in conclusione la
configurazione da adottare risulta il
comparatore a finestra per valori esterni alla
finestra.
Detto ciò verifichiamo il funzionamento del
dispositivo mediante simulazione
Accensione led verde per Vin>vref
Accensione LED ROSSO Quando Vin<VrefMin
Vogliamo ora eseguire delle varianti circuitali
ovvero:
si vuole rilevare il livello del liquido segnalando
con l’accensione di un unico led la situazione di
livello ottimale,ossia per valori interni alla
finestra(1/3 Vcc 2/3Vcc).
Vediamo ora le possibili soluzioni adottabili:
1. La configurazione sottostante soddisfante
la ns specifica mantenedo lo schema attuale
consiste nell’introdurre una porta or (cmos)
E due resistenze di pull Down R7 ed R8, in modo
Che ovvio al seguente problema
a - Vsat la tensione d'uscita del comparatore a
livello basso risulta>Vil circa 2 v come riportato dal
simulatore.
Situazione che è meglio comprensibile con la
simulazione eseguita mediante circuit Maker:
Simulazione senza resistenze di PullDown
Simulazione con resistenze di PullDown
In questa condizione per valori di v3 interni alla
soglia,i due comparatori sono a livello basso e la
porta correttamente in uscita risponde con un
livello logico basso,consentendo l’accensione del
led,verificando la condizione ottimale di
funzionamento del dispositivo.
2. Un’altra variante circuitale per accendere
un solo led è molto più conveniente per la
protezione dei comparatori,consiste
nell’introduzione di un transistor lavorando
in zona on off cosi come di seguito:
3.
Un’altra soluzione abbastanza accettabile
Quella di usare la configurazione del
comparatore a finestra per valori compresi nella
finestra:
Led spento per valori esterni alla finestra.
Rispettivamente per Vin>Vh
E Rispettivamente per Vin<Vh
Es giometti biblioteca: 18.2.4
La configurazione che vogliamo realizzare,
effettua il controllo della carica di una batteria di
12v.il circuito deve segnalare lo stato di buona
funzionamento del dispositivo,per valori interni
ala tensione di soglia ovvero:
Vimin11v<Vi<ViMAx=14v
Dati progetto:
Vcc=Vdd=15 v
Vediamo ora di capire come giungere alla
configurazione circuitale corretta:
per Vi>Vimin Vout=1 quindi vi va collegato al
morsetto non invertente del secondo Ao
per Vimax>Vi Vout=o quindi vi va collegato al
morsetto invertente del secondo Ao,quindi la
configurazione da adottare è per valori esterni
alla finestra.
Regola Pratica:
Per cui praticamente avremo che il valore di
tensione minore va collegato al morsetto
invertente in questo caso Vmin e Vi,per
ottenere la risposta volu(1 logico in uscita) per
valori all’interno della finestra.
Simulazione per vin<vMin
Simulazione per Vmin<vin<Vmax
Simulazione per vin>Vmax
Una variante al circuito consiste nel pilotare una
porta nand per valori interni alla soglia di
commutazione,con conseguente accensione del
led.
Anche mediante questa porta logica si riscontra
la problematica che Vil=2v valore che quindi non
viene perfettamente riconosciuto come 0 logico.
Ed è per questo che introduciamo le resistenza di
pull down R7 ed R8