Il comparatore di tensione

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Un comparatore (di tensione) è un circuito a tre terminali:

Un ingresso analogico invertente (in genere indicato con -)
Un ingresso analogico non invertente (in genere indicato con +)
Un'uscita digitale (H oppure L)
(oltre ovviamente a massa e alimentazione, in genere non disegnate nello schema)

Il simbolo è riportato qui sotto, senza evidenziare l'alimentazione. A volte viene inserito il simbolo “>” vicino all'uscita.

Il simbolo del comparatore di tensione

Attenzione:

lo stesso simbolo è utilizzato anche per altri due componenti dal comportamento assolutamente diverso: amplificatore operazionale, amplificatore differenziale
Lo stesso nome di comparatore è utilizzato anche per un circuito digitale che confronta due numeri interi (quindi assolutamente diverso)

Il funzionamento del comparatore è determinato dalle seguenti relazioni:

Se V+ > V- → Vo = H

Se V+ < V- → Vo = L

Si tratta quindi di un circuito che collega il mondo analogico (i due ingressi) a quello digitale (l'uscita). Potrebbe essere definito come un ADC con risoluzione pari a 1 bit.

Osservazioni

Le correnti entranti dagli ingressi analogici (I+ e I-) sono molto piccole. Per i nostri scopi saranno considerale nulle
Il tempo necessario affinché l'uscita passi da H a L o viceversa verrà trascurato
L'uscita L corrisponde alla tensione di alimentazione bassa (in genere GND, cioè 0 V). In questo caso è possibile avere una corrente “entrante dall'uscita” il cui valore ovviamente dipende dai circuiti collegati all'uscita stessa
L'uscita in genere è a collettore aperto (open collector): H significa quindi corrente di uscita nulla. In questo caso la tensione di uscita dipende dai circuiti collegati all'uscita. Per questo motivo all'uscita in genere è collegata una resistenza verso Vcc (resistenza di pull-up, RPU) oppure il catodo di un LED (l'anodo è collegato a Vcc attraverso un'opportuna resistenza)

Esempi

Tensione sinusoidale collegata a V+ (grafico in alto); V- collegato a 0V. L'uscita (grafico in basso) è alta quando V+ è positiva. Si noti la RPU, necessaria se il comparatore ha l'uscita open collector, come spesso avviene.

Comparatore non invertente Comparatore non invertente - Grafici

Tensione sinusoidale collegata a V- (grafico in alto); V+ collegato a massa. L'uscita (grafico in basso) è alta quando V- è negativa. Attenzione: per semplicità nello schema non è indicata la resistenza di pull-up anche se in genere obbligatoria.

Comparatore Invertente - Schema Comparatore Invertente - Grafici

Tensione sinusoidale di ampiezza 3,5 V collegata a V- (grafico in alto, 2V/div); V+ collegato ad un partitore di tensione (quanto vale V+ ? Perché ?). L'uscita (grafico sotto) è bassa quando V- è maggiore di 3,3 V circa. Cosa succede se inverto ingresso invertente e non invertente?

Comparatore Invertente - Schema Comparatore Invertente - Grafici

La tensione V+ dei tre comparatori vale 2 V (primo circuito) oppure 4 V (secondo circuito); le tensioni V- dei tre comparatori valgono... Nel primo circuito due LED sono accesi (quelli in alto), Nel secondo uno solo è acceso.

VU meter

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