Etapa de comparación(Aplicación de comparadores con histéresis)

Esta etapa permite hacer las comparaciones necesarias para determinar en que estado se encuentra la salida del circuito. Por ejemplo, cuando la intensidad luminosa que incide en el fotoresistor es baja, al oscurecer, la señal de voltaje generada es alta y con el comparador de nivel se determina si es lo suficientemente alta como para activar la etapa de potencia y ocasionar que el foco encienda. El tipo de comparador de nivel de voltaje que se emplea en ambas aplicaciones es un comparador no inversor con histéresis y está basado en un amplificador operacional de propósito general. Este circuito recibe una señal de voltaje en una entrada y la compara con un voltaje de referencia, proporcionando uno de dos estados en su salida, voltaje de saturación positivo o voltaje de saturación negativo [2], que se considerarán como encendido y apagado, respectivamente. Siempre que un circuito que cambia de un estado a un segundo estado con cierta señal y entonces regresa del segundo al primer estado con otra señal de entrada diferente, se dice que el circuito exhibe histéresis[2]. Por lo tanto un comparador no inversor con histéresis es aquel que proporciona un voltaje de saturación positivo cuando la señal de entrada rebasa un voltaje de umbral superior (VUT) y un voltaje de saturación negativo cuando la señal de entrada desciende por debajo de un voltaje de umbral inferior (VLT). En la figura 3 se muestra en forma gráfica este concepto.

Figura 3

El voltaje de histéresis (VH) se obtiene mediante la diferencia de los voltajes de umbral superior e inferior.

Los voltajes de umbral superior (VUT) e inferior (VLT) pueden encontrarse por las siguientes ecuaciones:

Por lo que el voltaje de histéresis se expresa como sigue:

La histéresis es necesaria para que los circuitos no oscilen, y tiene diferentes efectos en cada una de las aplicaciones. Para el circuito que controla al dispositivo de luz, el sistema está apagado si detecta una iluminación intensa (luz solar), y en la medida en que la luz disminuye, cuando la etapa sensora proporciona el valor de VUT, el circuito produce la activación de un foco, con lo cual se ilumina el ambiente, por lo tanto la salida del comparador tiende hacia la izquierda de la gráfica, pero no es lo suficientemente grande como para

hacer que el foco se apague. El foco se apagará hasta que la luz sea suficiente para que la etapa sensora proporcione un voltaje menor a VLT. En el caso del circuito que regula la temperatura, la histéresis es importante debido a que la temperatura es un parámetro que tarda en uniformarse en el medio, por lo que su cambio en un punto es oscilatorio, mientras no se uniformice. De esta forma, a través de un comparador que presente histéresis, el sistema activa un ventilador cuando se alcanza una temperatura de 29° C y lo apaga hasta que la temperatura disminuya a los 24° C. Cabe recordar que la etapa sensora devuelve un voltaje en función de la temperatura recibida. El circuito empleado en ambas aplicaciones es el mismo (ver figura 4), excepto que los valores de las resistencias son distintos debido a que de ellos dependen los niveles de voltaje inferior y superior que definen la histéresis. En la salida de la etapa de histéresis se utiliza un acoplador óptico

(MOC3011) que sirve de interfaz entre la etapa de comparación y la etapa de potencia.

Figura 4