LII P2__Comparadores

Laboratorio Integrado de Ingeniería Industrial

Práctica 2

Práctica 2. Circuitos comparadores
1. Objetivos
• Conocer el funcionamiento de circuitos comparadores empleando Amplificadores Operacionales.
• Conocer el funcionamiento de elementos auxiliares como el NTC y LDR.
• Saber diseñar el circuito comparador mediante el cálculo de todos los componentes necesarios.

2. Circuito comparador simpleno inversor.
El primer circuito a realizar en esta segunda práctica de laboratorio se trata de un circuito comparador
simple no inversor utilizando un amplificador operacional. También se empleará un transistor NPN para
disparar un LED dependiendo de la comparación realizada en el amplificador a partir de la temperatura
tomada en un NTC. Este circuito a montar en el laboratorio se muestra en lasiguiente imagen (Figura 1):

Figura 1. Circuito comparador mediante un amplificador operacional y un transistor NPN

El circuito realiza una comparación de los niveles de tensión que el amplificador operacional posee
en sus entradas y hará que el transistor Q conduzca o no (encendiendo el LED o apagándolo) dependiendo
de la salida. El amplificador dará una salida alternante entre los valores deaproximadamente 11V y -11V
(VCC y VEE con un error de ±1V) no invertida dependiendo si el valor de referencia (entrada + o no
inversora del amplificador) es mayor o menor, respectivamente, del valor proporcionado en la entrada de
comparación (entrada – o inversora del amplificador). El valor de la entrada + se encuentra fijado por los
valores de resistencias R2 y R3, pero el de la entrada – se hallaconectado a un sensor resistivo de
temperatura NTC (Negative Temperature Coefficient). Como se vio en la práctica de simulación, un
sensor NTC reduce su resistencia al aumentar su temperatura y viceversa (véase el manual de la práctica
de simulación para más información del elemento NTC). Por lo tanto, dependiendo de la temperatura que
detecte el NTC, aumentará o disminuirá su resistencia,haciendo que cambie la tensión en la entrada –, y
que la comparación del amplificador conmute entre los valores ±12V. El diodo conducirá o no, haciendo
que al transistor Q le llegue o no una corriente de base para que conduzca (modo saturación) o no (modo
corte). Al conducir, el LED se encenderá.
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Práctica 2

2.1 Diseño del circuito.
En el diseño delcircuito se calculan los valores de cada uno de los componentes. En este caso, se
deberá calcular el valor de R1, R2, R3, R4, R5 y R6. Como datos, se tienen los datasheets de los
componentes siguientes: amplificador operacional, transistor, LED y NTC. A continuación se muestra
una lista de la referencia comercial de los componentes a utilizar y los parámetros más importantes para el
diseño delcircuito:
-

Amplificador operacional: LM741CN.

-

Transistor NPN: BC547C.

-

LED: L53SGD (difuso verde).

-

NTC: ND03 NTC Thermistor.

-

Diodo: 1N4148.

Seguidamente se va a mostrar cómo se realiza el diseño del circuito para obtener el valor de las
resistencias R1 a R6. Se va a comenzar con el cálculo de R6 a partir de los valores proporcionados en el
datasheet del LED (referencia comercialL53SGD) para que conduzca y se ilumine. Esta situación
ocurrirá cuando el transistor Q entre en saturación y conduzca. Según el datasheet del transistor BC547C,
su tensión VCE en saturación (VCEsat) varía entre 0,09V y 0,6V en función del valor establecido para IC.
Para este caso, se va a suponer que existe una caída de VCE = 0,2V, que es lo típico. El datasheet del LED
informa sobre un valor máximode 2,3V para la tensión directa (VF), para un valor de 25mA de intensidad
de corriente directa máxima (IFmax). Considerando unos valores para el LED de tensión directa de 2,2V e
intensidad de corriente de 15mA se puede realizar el siguiente cálculo:

12 = VLED + I C ⋅ R6 + U CE

I C = 15mA

12 = 2,2 + 15 ⋅ 10 −3 ⋅ R 6 + 0,2
12 − 2,2 − 0,2
R6 =
= 640 Ω
15 ⋅ 10 −3

Ya resuelto el valor de la...