Comparatore con isteresi

Comparatore con isteresi

Nei rivelatori di zero e nei comparatori già visti esiste il problema dei disturbi sovrapposti al segnale di ingresso.

Quando il segnale di ingresso passa per lo zero (o per una tensione di riferimento), ed è presente un disturbo sovrapposto al segnale di ingresso, si possono verificare all'uscita delle commutazioni indesiderate. Queste commutazioni indesiderate non ci permettono di stabilire univocamente il momento in cui si ha il passaggio per lo zero (o per la tensione di riferimento).

Per risolvere questo problema si ricorre all'uso del comparatore con isteresi che in pratica deriva dal comparatore già visto prima, dove però viene usata la retroazione positiva, cioè viene riportata parte della tensione di uscita all'ingresso non invertente.

Vediamo di analizzare il comportamento di questo dispositivo. La retroazione positiva introduce due soglie, una positiva Vt⁺, e una negativa Vt^-, che valgono rispettivamente:

Vt⁺ = [R2/(R1+R2)](+Um), Vt^- = [R2/(R1+R2)](-Um).

All'interno di queste due soglie, uguali in modulo, ma di segno opposto, il dispositivo non risente di eventuali disturbi presenti all'ingresso, sempre che l'ampiezza di questo non supera il valore di una delle soglie.

Come si nota in figura ora la commutazione dell'uscita non avviene più in corrispondenza dello zero ma avviene in corrispondenza di una delle due soglie, per cui l'eventuale disturbo sovrapposto al segnale di ingresso Vi, non influenzerà l'uscita.
Come mostrato in figura, l'uscita V_u cambia stato quando l'ingresso supera una delle due soglie (negativa o positiva), ma per ottenere la successiva commutazione dell'uscita è necessario superare l'altra soglia. L'intervallo Vt⁺ - Vt^- = V_H è detto isteresi e dipende dalle due resistenze.

Vediamo di analizzare il tutto usando la caratteristica ingresso uscita detta anche 'caratteristica di trasferimento'.

Come si può vedere dalla figura, se la Vi si trova al di sotto della soglia negativa (Vt^-) e cresce, la oltrepassa senza che l'uscita cambia stato; questo fino a quando arriva in corrispondenza della soglia positiva. In corrispondenza di questa si ha la commutazione, tornando indietro invece la commutazione si ha in corrispondenza della soglia negativa. L'intervallo tra le due soglie si chiama 'isteresi' in cui il valore medio (Vt⁺ + Vt^-)/2 vale zero, cioè la finestra è centrata nell'origine.
Se si vuole che la finestra sia centrata in un posto qualsiasi, cioè le soglie non simmetriche rispetto all'asse delle ordinate, bisogna applicare al terminale collegato a massa della R2 una tensione Vref. In tal caso posto R1=nR e R2=R si ottiene la formula generale:

Vt⁺ = [n/(n+1)]Vref+[+Um/(n+1)]; Vt^- = [n/(n+1)]Vref+[-Um/(n+1)]

ed inoltre la finestra sarà centrata in:

V_T = (Vt⁺+Vt^-)/2 = [n/(n+1)]Vref.

Il comparatore visto è invertente nel senso che quando il segnale di ingresso supera la soglia positiva Vu passa a -Um mentre quando l'ingresso supera la soglia negativa Vu va a -Um. Se si vuole il contrario basta mettere a massa il terminale meno del comparatore ed applicare l'ingresso su R2 togliendola dalla massa.