Um comparador de tensão nada mais é do que um amplificador operacional de alto ganho ligado de forma a comparar uma tensão de entrada com uma tensão de referência.
A saída estará no nível alto ou baixo, conforme a tensão de entrada for maior ou menor que a tensão de referência.
Na figura 1 temos a configuração básica de um comparador típico em que além de um amplificador operacional temos uma saída de potência com um transistor em coletor aberto.
Veja que a presença desse transistor exige que em todas as aplicações o componente não fique com a saída flutuante. Se não existir nada ligado a ela, deve ser previsto um resistor “pull up”.
Nessa figura temos a operação do comparador com fonte simples, mas existe também a possibilidade de se alimentar um comparador com uma fonte de alimentação simétrica conforme mostra a figura 2.
Com alimentação simétrica a tensão de entrada para comparação tanto pode ser negativa como positiva.
Funcionamento
Conforme mostra a figura 3, podemos usar a entrada positiva para fixar a tensão de referência através de um divisor formado por R1 e R2.
Partindo então do ponto em que a tensão de entrada é mínima (0 V) a tensão de saída será máxima (+V).
Quando a tensão de entrada se igualar a tensão de referência, ocorre a comutação e a tensão de saída passa a zero. Essa tensão vai permanecer até a tensão de entrada atingir o valor máximo.
Quando a tensão de entrada cair, ao passar pelo valor de referência, ocorre nova comutação e a saída vai ao nível máximo (+V), novamente. A figura 4 mostra num gráfico o que ocorre.
Outra forma de se utilizar o amplificador operacional é a mostrada na figura 5, onde aplicamos a tensão de referência na entrada inversora
(-).
Partindo então de uma tensão nula de entrada, aplicada à entrada não inversora, temos uma tensão nula na saída.
Quando essa tensão atingir o valor de referência, fixado pelo divisor R1/R2, a tensão de saída comuta e vai ao máximo (+V).
Essa tensão permanece alta até que, depois de alcançar o máximo, a tensão de entrada cai, e novamente atinge o valor de referência.
Nesse ponto, o comparador comuta e sua saída vai a zero, conforme mostra a figura 6.
Veja que dado o alto ganho do operacional usado, a comutação do comparador é muito rápida, não existindo praticamente a possibilidade de termos uma saída num estado intermediário entre 0 e +V.
Na verdade, conforme mostra a figura 7, existe um certo efeito do offset da tensão de entrada.
No entanto, essa inclinação na curva de comutação não afeta a maioria das aplicações.
Os comparadores de tensão também possuem uma certa histerese, o que significa que a tensão em que ocorre a comutação na “ida” é diferente do ponto em que ocorre a comutação na “volta”, ou seja, quando a tensão de entrada varia num sentido e noutro.
No entanto, para a maioria dos comparadores a histerese é muito pequena, da ordem de milivolts. Nas aplicações em que se deseja uma histerese maior, pode-se obter isso através de componentes externos.
Na figura 8 mostramos como é possível fazer isso com dois resistores adicionais.
