Rectificadores Comparadores

Universidad Fermín Toro
Decanato de Ingeniería
Escuela de Ingeniera En Telecomunicaciones
Electrónica II
Practica N°3 Proyecto N°4

Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales
(Rectificadores y Comparadores)
Autores: Grupo N°5

José Montes de oca
Naybelyth Marquez
Sección: Saia B
Asesor: Esperanza Gonzales.
Cabudare, Septiembre de 2016

PRE-LABORATORIO
1. Conceptos de Circuitos Rectificadores y Comparadores con Amplificadores

Operacionales.
2. Tipos de circuitos Rectificadores y Comparadores con AO.
3. Explique el funcionamiento y genere las ecuaciones matemáticas del Rectificador de
onda completa con AO.
4. Explique el funcionamiento y genere las ecuaciones matemáticas del circuito
Comparador Schmitt Trigger con Amplificadores Operacionales.
5. Defina histéresis y voltaje de referencia.
Rectificador de media onda
La caída de tensión en el diodo del rectificador básico de la figura hace que la amplitud en Vo sea
menor que la de la señal de entrada.
El circuito con operacional evita este inconveniente. Cuando la señal Vi es positiva, la tensión de
salida del operacional se eleva para compensar la caída de tensión en el diodo. Cuando la señal
en Vi es negativa, el diodo no conduce, y el operacional queda en bucle abierto (sin
realimentación). En estas condiciones la resistencia RL mantiene la tensión de salida del
rectificador a cero. Al mismo tiempo, la salida del operacional se satura negativamente.
El inconveniente de este circuito es que no rectifica correctamente si la señal Vi es de frecuencia
elevada. Ésto se debe a que el operacional tiene un slew-rate muy lento y tarda demasiado tiempo
en pasar de –6V a 0V. La gráfica de la izquierda se ha obtenido con una Vs de 50 Hz, y la del lado
derecho con 10 kHz.
Rectificador de media onda rápido (inversor).
Este rectificador es más rápido porque la salida del operacional no se satura en ningún momento,
lo que se consigue utilizando dos diodos. La salida del rectificador está marcada en la figura como
Vo. Cada diodo conduce en medio ciclo de la señal de entrada. La gráfica se ha obtenido con una
señal de entrada senoidal de 10 kHz (trazo verde). La salida Vo (trazo rojo) está invertida con
respecto a la entrada (rectificador inversor). La señal, aunque no es perfecta, es claramente mejor
que la del rectificador básico. El trazo azul corresponde a la salida del operacional (Vop).
Vs < 0 Conduce D1 Vo= -Vi Vop= Vo+VD

Vs > 0 Conduce D2 Vo= 0 Vop= -VD
Hay una gran variedad de circuitos rectificadores de onda completa (patentes,
publicaciones). Referencia: “Versatile Precission Full-Wave Rectifiers...”, Stephan J. G. Gift, IEEE
Transactions on Instrumentation and Measurements, October 2007.
Rectificador de onda completa.
Vs= trazo verde

Vop1= trazo azul
Vo= trazo rojo
Si Vi>0: D1 ON, D2 OFF
Si Vi<0: D1 OFF, D2 ON
Por lo tanto, para ambas polaridades se obtiene: Vo= |Vi|

Comparador simple
El amplificador operacional en bucle abierto (sin realimentar) se comporta como un comparador
analógico simple.
El comparador analógico se denomina también “ADC de un bit”. Si el operacional no puede

soportar una tensión diferencial elevada en la entrada, se puede limitar esta tensión utilizando 2
resistencias y 2 diodos.
La velocidad de conmutación del comparador queda limitada por el slew-rate del operacional. Los
fabricantes de amplificadores operacionales ofrecen modelos específicos optimizados par su uso
como comparadores (voltage comparators: LM311). Los parámetros más importantes de un
comparador son: Tensión de offset referida a la entrada muy pequeña Tensión diferencial máxima
en la entrada elevada Slew rate elevado. Por el contrario, los “comparadores” pueden tener una
función de transferencia poco lineal ya que esa característica no es importante para esta
aplicación.
Operacionales: Realimentación positiva
Comparador de Schmitt inversor

La realimentación positiva hace que el operacional se encuentre siempre en estado de saturación
(Vo=Vcc o bien Vo=–Vcc), exceptuando las instantes de las transiciones entre los estados citados.
La tensión en la entrada no inversora es:
V2= Vo · R1 / (R1+R2)
Para realizar el análisis de este circuito se supone que la tensión de salida es inicialmente
Vo= Vcc. En estas condiciones:
V2= Vcc · R1 / (R1+R2)
El supuesto Vo= Vcc, implica que Vi < V2. Si se hace crecer Vi, llegará un momento en que
Vi > V2, instante
en el que la salida conmutará a Vo= -Vcc . En este estado, V2= -Vcc · R1 / (R1+R2)
Si Vi continúa creciendo, Vo se mantiene en Vo= -Vcc.
Si ahora Vi decrece, llegará un momento en que Vi < V2, instante en el que Vo vuelve a ser Vcc.
Este comportamiento se puede representar de forma gráfica:
El comparador de Schmitt recibe también el nombre de comparador con histéresis. Se denomina

histéresis a la separación entre los tramos verticales de la gráfica. En este circuito, la histéresis es
2·DV, siendo: DV= Vcc · R1 / (R1+R2) Respuesta del comparador de Schmitt a la señal trazada en
negro. Vo conmuta entre +Vcc y –Vcc.
Comparador de Schmitt no inversor
Este circuito también presenta realimentación positiva, por lo que su comportamiento es muy
parecido al anterior. La señal de entrada se conecta a la entrada no inversora del operacional a
través de R1, por lo que se denomina comparador no inversor.
Nuevamente, el operacional se encuentra siempre en estado de saturación (Vo=Vcc o bien Vo=–

Vcc), exceptuando las instantes de las transiciones entre los estados citados.
La tensión en la entrada no inversora es:
V2= (Vo · R1 + Vi · R2) / (R1+R2)
Para realizar el análisis de este circuito se supone que la tensión de salida es inicialmente Vo=
Vcc.
En estas condiciones:
V2= (Vcc · R1 + Vi · R2) / (R1+R2) despejando Vi: Vi= (V2·(R1+R2) – Vo·R1) / R2
El supuesto Vo= Vcc, implica que V2 > 0 . Si se hace decrecer Vi, llegará un momento en que
V2 < 0, instante en el que la salida conmutará a Vo= -Vcc .
En este estado, V2= (-Vcc · R1 + Vi · R2) / (R1+R2).
El valor de Vi que corresponde a esta conmutación es Vi= -Vcc · (R1/R2) ya que V2=0.
Si Vi continúa decreciendo, Vo se mantiene a -Vcc.

Si ahora Vi crece, llegará un momento en que V2 > 0, instante en el que Vo vuelve a ser Vcc.
El valor de Vi para que tenga lugar esta conmutación es: Vi= Vcc · R1/R2
Si denominamos:
DV= Vcc · R1 / R2 la tensión de histéresis es 2·DV.
La gráfica correspondiente a este circuito está invertida en relación con la del circuito anterior.
Los dos comparadores de Schmitt (inversor y no inversor) se pueden modificar para obtener un
ciclo de histéresis no centrado en Vi= 0. La modificación del comparador inversor consiste en
reemplazar la conexión a masa de R1 por una conexión a un generador de tensión distinta de cero.
La modificación del comparador no inversor consiste en reemplazar la conexión a masa de la
entrada inversora del operacional por una conexión a un generador de tensión distinta de cero.
Definición de Histéresis:
La histéresis es un fenómeno no lineal que en ocasiones puede parecer abstracto. En el caso de

los AO tenemos un comparador con un voltaje de referencia en su entrada no inversora de 2.5v
y en la entrada inversora que teníamos 2v, se produce una elevación del voltaje hasta 2.51, de
manera que cambia el estado de la salida a -Vcc, el efecto que da ahora la histéresis es que para
volver a cambiar de estado ahora el voltaje no va a tener que disminuir por debajo de 2.5v si no
que por ejemplo tendrá que ser menor de 2.3v, de manera análoga sucedería en el cambio de
estado contrario.
Definición de Voltaje de Referencia:
Una tensión de referencia es aquella que se crea de manera independiente para obtener un voltaje
x, que se va a utilizar en una etapa de un circuito electrónico. Es común hacer voltajes de
referencias al trabajar con comparadores, u otra configuración Básica de los Amplificadores
Operaciones. Esta se crea a partir de un voltaje y un par de resistencias, el cual la tensión de
referencia será la caída de tensión de la resistencia que va al común de tierra. En algunos casos
se suelen utilizar voltajes de referencia con Diodos zener, esto para aplicaciones mas especificas
con valores mas exactos.
ACTIVIDADES DE LABORATORIO.
PARTE I. CIRCUITOS CON DIODOS.
Identifique y dibuje en el recuadro los terminales de los amplificadores operacionales a
utilizar en los circuitos rectificadores y comparadores.
OP-AMP LM741
Realice el montaje del circuito mostrado. Vi = 1V / 1Khz
1. Identifique el circuito: El circuito de la figura es un Rectificador de media Onda.

2. ¿Cuál es la ganancia del Circuito?
La ganancia del circuito viene dada por la configuración inversora del mismo es decir:
Por lo tanto como la ganancia es unitaria el voltaje de salida será igual al voltaje de entrada
es decir:
como G=1
3. Dibuje las formas de onda obtenidas: Vi Vs t, Vo Vs t, Vo Vs Vi.
Vi vs t (Channel A corresponde a la señal Vi a 0.2 V/Div)
Vo vs t (Channel C corresponde a la señal Vo a 0.2 V/Div)

Vo vs Vi (Channel C y Channel A, a 0.2 V/Div)
4. Explique el funcionamiento del circuito:

Cuando viene el semiciclo positivo de la señal de entrada Vi, el Diodo que esta entre Vo y
la terminal inversora se abre, actuando el circuito como inversor con ganancia unitaria, por
lo tanto el voltaje de salida será el semiciclo positivo pero el voltaje quedara invertido
porque Vo=-Vi, y cuando venga el semiciclo negativo de la señal Vi este se reflejara en el
catodo del Diodo que esta en la terminal de salida como Vo=-*(-Vi) por lo tanto se abre, y
el voltaje de salida es cero, Por lo que este circuito solamente rectificara los semiciclos
positivos de la señal de entrada, aunque el voltaje de salida salga invertido.
5. ¿Qué ocurre si le cambia el sentido a ambos diodos?

Si se invierten los diodos, en la salida encontraríamos los semiciclos negativos de la señal
Vi aplicada a la entrada, puesto que el Diodo rectificaría ahora los semiciclos negativos.
Hay que tener en cuenta que el voltaje de salida serán los semiciclos negativos, pero la
señal quedara invertida por la configuración inversora del amplificador.
6. Monte el siguiente circuito (solo debe agregar la parte punteada del nuevo circuito). Repita
los pasos del 1 al 5.
7. Identifique el circuito: El circuito de la figura se comportara como un rectificador de onda
completa, en la siguiente figura veremos el voltaje de salida con respecto al voltaje de
entrada.
Vo vs Vi (Channel C y Channel A, a 0.5 V/Div)

8. ¿Cuál es la ganancia del Circuito?
La ganancia del circuito viene dada por la configuración inversora con RF=20K, R1=5K,
R2=10K, que como podemos observar es un sumador inversor, por lo tanto la ganancia
quedara:
Sabemos que:
Por lo tanto:
La Ganancia será
9. Explique El Funcionamiento del circuito:

Si bien sabemos, el circuito que se ha añadido es un sumador inversor, de modo que
cuando viene el semiciclo postivo de la señal de entrada este este se invierte a la salida del
rectificador de ½ onda, quedando Vo=-1, y como Vi= 1, entonces introduciendo estos
valores en Vo2 quedara, Vo2= -2*( 2*-1 + 1)= 2 por lo que la señal corresponde al
semiciclo positivo.
Ahora cuando viene el semiciclo negativo, Vo=1 y Vi=-1, entonces, Vo2 quedara de la
siguiente manera, Vo2= -2*( 2*1 +(-1))= 2, por lo que la parte negativa de la señal de
entrada se invierte dando como resultado que a la salida tenga obtenga un rectificador de
onda completa.
10. ¿Qué Ocurre si intercambia los Diodos?

Si se intercambian los diodos a la salida obtendríamos, un rectificador de onda completa
solo que la señal estará invertida
PARTE II. MONTAJE Y SIMULACIÓN.

1. Simule y Monte en un ProtoBoard el siguiente circuito.
Explique ¿Cuál es su función?

El circuito trabaja como un comparador no inversor, ya que el voltaje de referencia se aplica a la
entrada inversora, y la señal a detectar en la no inversora, por lo que si la señal a detectar tiene un
voltaje mayor que el de referencia, entonces el voltaje de salida estará por el voltaje de saturación
positivo, es decir alrededor de los 12V, y lo contrario si el voltaje a detectar es menor que el voltaje
de referencia entonces, la salida estará alrededor del voltaje de saturación positivo. A este
comparador se le llama modulador de ancho de pulso.
2. Simule y Monte en un ProtoBoard el siguiente circuito. Explique cual es su función. Alimente con
14 y -14 Voltios al LM741.
Este Circuito se comporta como un comparador de Schmitt no inversor, La señal de entrada se

conecta a la entrada no inversora del operacional a través de R1, por lo que se denomina
comparador no inversor.
El supuesto Vo= Vcc, implica que V+ > 0. Si se hace decrecer Vi, llegará un momento en que
(V+ <0), instante en el que la salida conmutará a Vo= -Vcc.
POST-LABORATORIO
1. Simule los siguientes circuitos y obtenga las señales obtenidas a la salida.
Como podemos observar en la grafica, la Realimentación positiva genera un proceso cíclico en

el que el voltaje de salida genera un aumento en el voltaje de entrada y por ende
nuevamente un aumento en el voltaje en la salida, y así hasta que el sistema sature, este
fenómeno se conoce también como sistema inestable.
CONCLUSIONES
Una de las enormes ventajas que se tienen al realizar los rectificadores con amplificadores
operacionales es que no influye la caída de tensión en los diodos, y se puede usar para
rectificar señales alternas de bajo potencial, ya que por su ganancia esta se puede
incrementar.
Con los amplificadores operacionales se logra en los rectificadores, la obtención eficiente
del valor absoluto de una señal positiva o negativa.
Los mejores comparadores son aquellos que cambian bruscamente de alto a bajo.
Una desventaja en los comparadores simples o Básicos, es que estos suelen trabajar bien
solo en frecuencias muy bajas, como por ejemplo el LM741 y el LM324 cuando suelen
utilizarse como comparadores.
Los Amplificadores Operacionales suelen usarse como dispositivos no lineales para
comparar dos niveles de voltaje.

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1. Conceptos de Circuitos Rectificadores y Comparadores con Amplificadores

Rectificador de media onda

Rectificador de media onda rápido (inversor).

Vs < 0 Conduce D1 Vo= -Vi Vop= Vo+VD

Rectificador de onda completa.

Vs= trazo verde

Por lo tanto, para ambas polaridades se obtiene: Vo= |Vi|

El comparador analógico se denomina también “ADC de un bit”. Si el operacional no puede

Operacionales: Realimentación positiva

Comparador de Schmitt inversor

Este comportamiento se puede representar de forma gráfica:

El comparador de Schmitt recibe también el nombre de comparador con histéresis. Se denomina

Nuevamente, el operacional se encuentra siempre en estado de saturación (Vo=Vcc o bien Vo=–

Si Vi continúa decreciendo, Vo se mantiene a -Vcc.

La histéresis es un fenómeno no lineal que en ocasiones puede parecer abstracto. En el caso de

Definición de Voltaje de Referencia:

Realice el montaje del circuito mostrado. Vi = 1V / 1Khz

1. Identifique el circuito: El circuito de la figura es un Rectificador de media Onda.

3. Dibuje las formas de onda obtenidas: Vi Vs t, Vo Vs t, Vo Vs Vi.

Vi vs t (Channel A corresponde a la señal Vi a 0.2 V/Div)

Vo vs t (Channel C corresponde a la señal Vo a 0.2 V/Div)

4. Explique el funcionamiento del circuito:

5. ¿Qué ocurre si le cambia el sentido a ambos diodos?

Vo vs Vi (Channel C y Channel A, a 0.5 V/Div)

9. Explique El Funcionamiento del circuito:

10. ¿Qué Ocurre si intercambia los Diodos?

PARTE II. MONTAJE Y SIMULACIÓN.

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