COMPARATORI & MICROCONTROLLORI - 9


Comparatore come Amplificatori operazionali 

Tipicamente e' richiesto di amplificare il segnale proveniente da un sensore, per adattarne la dinamica di uscita con quello del convertitore ADC. Usualmente questo e' fatto con amplificatore operazionale che, nel caso di applicazioni low-cost, può pesare sul costo totale del progetto. E' possibile comunque, nel caso si utilizzi un microcontrollore con comparatore interno, utilizzare il comparatore come amplificatore per segnali lenti provenienti da sensori. 
In  figura 12 e' riportato l'amplificatore non invertente.

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Figure 12: OpAmp in configurazione non invertente

Per realizzare l' amplificatore non invertente,mostrato in figura 12,  i resistori R1 e R2 devono essere scelti in base alla relazione che esprime il guadagno di questo amplificatore:

R3 e C2 definiscono il filtro passa basso posto in uscita dell'amplificatore. La frequenza di taglio del filtro deve essere da 2 a 3 volte la massima frequenza presente nel segnale ingresso per prevenire fenomeni di attenuazione, e in particolare R3 deve essere tenuto piccolo per minimizzare l'impedenza di uscita dell'amplificatore. La relazione seguente esprime la relazione tra R3, C2 e la frequenza del filtro passa basso

Il valore di C1 e' scelto in modo che il filtro RC formato da C1 e dal parallelo di R2 e R1 sia proprio Fcorner:

In  figura 12 e' riportato l' amplificatore  invertente.

Figure 13: OpAmp in configurazione invertente

Per realizzare l'amplificatore in configurazione invertente R1 eR2 si scelgono in base alla relazione che esprime il guadagno per un amplificatore invertente.
Successivamente si scelgono i valori di del partitore di tensione che polarizza l'ingresso non invertente del comparatore. Normalmente si fissa un valore pari a VDD/2. C1 e C2 si possono sceglier come nel caso dell'amplificatore non invertente design.

 R1 = R3 = 19.8k , R2 = 3.84k,  C1 = .047 µF, , C2 = .22µF  Gain = 6.156, FCORNER = 171 Hz

Traslatore di livello

Un comparatore può essere anche usato anche traslatore di livelli logici. Il circuito di un traslatore di livello e' mostrato in figura 14.

Figura 14 : circuito del traslatore di livello logico

VIN = 0 - 2V, VIN/2 = 1V, VDD = 5V , R2 = 1k, R1 = 3.9k

 L'ingresso invertente e' polarizzato al centro del campo di variazione del segnale di ingresso (VIN/2). L'ingresso non invertente e' usato come ingresso del circuito. Quando l'ingresso e' al di sotto della soglia VIN/2, l'uscita e; bassa. Quando l'ingresso e' al di sopra di VIN/2, allora l'uscita diventa alta. I valori di R1 e R2 non sono critici, sebbene il loro rapporto e' importante perché fissa la soglia al centro della dinamica del segnale di ingresso. Alcuni microcontrollori hanno la opzione per connettere l'ingresso invertente a un riferimento di tensione interno. Per usare il riferimento al posto di R1 e di R2, semplicemente bisogna selezionare il riferimento interno e configurarlo per un valore pari o prossimo a VIN/2.
Nota: Quando si usa il comparatore interno ad un micro si hanno valori tipici di ritardo di propagazione di 250-350ns