Circuiti comparatori

ISTITUTO STATALE
DI ISTRUZIONE SECONDARIA SUPERIORE
“ LUIGI VANVITELLI “
TECNICO
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PROFESSIONALE
COMMERCIALE E PER GEOMETRI
PER L’INDUSTRIA E L’ARTIGIANATO
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PER I SERVIZI ALBERGHIERI E RISTORAZIONE
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ANNO SCOLASTICO 2008/2009
Sistemi
Comparatore a Trigger di Schmitt
Circuiti comparatori
Fax/Tel
Il trigger di Schmitt
Il trigger di Schmitt pone rimedio ai problemi del semplice comparatore a soglia, creando una
zona di insensibilità, detta isteresi, compresa entro due soglie di intervento. Nella caratteristica
sotto riportata, "Vsi" è la "tensione di soglia inferiore", mentre "Vss" è la "tensione di soglia
superiore": quando il segnale in ingresso "Vs" assume valori vicini a quello del segnale di
riferimento "Vref", ma compresi nell'intervallo dell'isteresi, cioè tra "Vsi" e "Vss", il comparatore
si mantiene stabile e non commuta.
Analisi dello schema elettrico
La reazione positiva, aumentando l'amplificazione del circuito, permette una transizione più rapida
fra i livelli di uscita. La resistenza R3, che non è necessaria, è stata inserita per ridurre l'errore
dovuto alle correnti di polarizzazione degli ingressi dell'operazionale (R3 = R1 || R2).
La tensione di ingresso Vs viene confrontata con la tensione V+, che assume automaticamente il
valore della tensione di soglia inferiore o superiore, in base all'ultima commutazione dell'uscita del
comparatore.
Ad esempio, se in questo istante l'uscita è alta (Vu = +Vsat), il comparatore non commuterà finché
il segnale in ingresso Vs non supererà la tensione V+, che in questo istante è uguale a Vss. Invece,
nel momento in cui l'uscita è bassa (Vu = -Vsat), la successiva commutazione avverà quando Vs
sarà minore Vsi.
Formule pratiche
Si supponga di voler dimensionare un comparatore ad isteresi conoscendo soltanto quali valori
dovranno assumere le tensioni di soglia, oppure di volerne analizzare uno già dimensionato; in
entrambi i casi, saranno utili le seguenti formule:
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Calcolo delle tensioni di soglia in un trigger di Schmitt già dimensionato:
Calcolo delle resistenze e della tensione di riferimento
conoscendo i valori delle soglie:
Analisi della caratteristica di trasferimento
Vengono ora riportate due prove di laboratorio per lo studio del trigger di Schmitt.
Il metodo di analisi è lo stesso finora esaminato.
Si consideri il caso in cui le resistenze R1 ed R2 abbiano lo stesso valore e il segnale di riferimento
sia nullo; per evidenziare il comportamento del comparatore, viene applicata in ingresso un'onda
sinusoidale.
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Schema elettrico
Grafico dell'oscilloscopio
Verifica delle tensioni di soglia:
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Caratteristica dell'isteresi
L'isteresi è la caratteristica di un sistema di reagire in ritardo alle sollecitazioni applicate e in
dipendenza dello stato precedente.
Se la risposta di un sistema con isteresi viene rappresentata in un grafico in funzione dello stimolo,
si ottiene una caratteristica curva chiusa (grafico a destra). In un sistema privo di isteresi la curva
costituisce una linea singola. In presenza di isteresi si ottiene invece uno sdoppiamento della curva:
se percorsa da sinistra a destra si ha un cammino, se percorsa in senso inverso se ne ottiene un altro.
In molti dei fenomeni fisici in cui si ha tale caratteristica si ottengono due tratti orizzontali: uno
superiore ed uno inferiore. Questi rappresentano i limiti di saturazione. Per un sistema in esame, al
variare di alcune condizioni, si può avere una famiglia di curve, spazianti dalla quasi singola ad
un'area racchiusa pressoché quadrata. L'ampiezza della curva chiusa è indice dell'entità dell'isteresi.
Le famiglie di curve possono essere disposte nella terza dimensione a delimitare una forma
tridimensionale detta isteroide.
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