Come utilizzare un amplificatore operazionale come comparatore in un circuito

Utilizzare un amplificatore operazionale come comparatore in un circuito: guida pratica sui principi base, come funziona e applicazioni nei progetti elettronici.

Come utilizzare un amplificatore operazionale come comparatore in un circuito

Gli amplificatori operazionali sono componenti fondamentali in elettronica, noti principalmente per la loro capacità di amplificare segnali elettrici. Una delle applicazioni più comuni degli amplificatori operazionali è l’uso come comparatori. Un comparatore è un dispositivo che confronta due tensioni in ingresso e fornisce un’uscita che indica quale delle due è maggiore.

Cosa è un comparatore?

Un comparatore è un circuito che confronta due tensioni d’ingresso e fornisce un’uscita digitale che può essere alta (1) o bassa (0) in base a quale delle tensioni d’ingresso è maggiore. In pratica, il comparatore indica se la tensione di ingresso \( V_{in1} \) è maggiore o minore della tensione di riferimento \( V_{ref} \).

Configurazione di base di un comparatore

Per utilizzare un amplificatore operazionale come comparatore, è sufficiente configurarlo in uno dei seguenti due modi:

  • Ingresso non invertente: La tensione in ingresso \( V_{in1} \) viene applicata all’ingresso non invertente (+), mentre la tensione di riferimento \( V_{ref} \) viene applicata all’ingresso invertente (-).
  • Ingresso invertente: La tensione in ingresso \( V_{in1} \) viene applicata all’ingresso invertente (-), mentre la tensione di riferimento \( V_{ref} \) viene applicata all’ingresso non invertente (+).
  • Comportamento del comparatore

    Il comportamento dell’amplificatore operazionale utilizzato come comparatore dipende dalla configurazione scelta:

  • Se \( V_{in1} \) è maggiore di \( V_{ref} \) in una configurazione non invertente, l’uscita dell’operazionale sarà alta (vicina alla tensione di alimentazione positiva).
  • Se \( V_{in1} \) è minore di \( V_{ref} \) in una configurazione non invertente, l’uscita dell’operazionale sarà bassa (vicina alla tensione di alimentazione negativa o terra).
  • Nel caso di una configurazione invertente, il comportamento è opposto: l’uscita sarà alta quando \( V_{in1} < V_{ref} \) e bassa quando \( V_{in1} > V_{ref} \).
  • Progettazione di un comparatore

    Ecco un semplice esempio di come progettare un circuito comparatore utilizzando un amplificatore operazionale:

  • Collegare \( V_{in1} \) all’ingresso non invertente (+) dell’amplificatore operazionale.
  • Collegare \( V_{ref} \) all’ingresso invertente (-) dell’amplificatore operazionale.
  • Collegare l’uscita dell’amplificatore operazionale a un resistore di pull-up per ottenere una chiara transizione digitale.
  • Applicare la tensione di alimentazione positiva (es. +Vcc) e negativa (es. -Vcc) agli appropriate terminali dell’amplificatore operazionale.
  • Conclusione

    L’utilizzo di un amplificatore operazionale come comparatore è un metodo semplice ed efficace per confrontare due segnali elettrici. Configurando correttamente gli ingressi e le alimentazioni, è possibile creare un comparatore che fornisce un’uscita digitale chiara in base alla differenza di tensione tra i due ingressi. Questa applicazione è ampiamente utilizzata in elettronica per realizzare vari circuiti di controllo e automazione.

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