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General

Calculadora de Histéresis de Comparador

Calcula los umbrales de conmutación y la histéresis de comparadores con realimentación positiva tipo Schmitt.

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Fórmula

VT+=Vref×R2/(R1+R2)+Vcc×R1/(R1+R2),VT−=Vref×R2/(R1+R2)V_T+ = V_ref × R2/(R1+R2) + V_cc × R1/(R1+R2), V_T− = V_ref × R2/(R1+R2)
V_ref— Tensión de referencia (V)
V_cc— Tensión de alimentación (V)
R1— Resistor de retroalimentación (Ω)
R2— Resistor de entrada (Ω)
ΔV— Banda de histéresis (V)

Cómo Funciona

La calculadora de histéresis comparadora calcula los voltajes de umbral superior e inferior para la conmutación inmune al ruido, algo esencial para la detección de señales, los circuitos de cruce por cero y la conversión de nivel. Los ingenieros de sistemas integrados, los diseñadores de interfaces de sensores y los ingenieros de electrónica de potencia la utilizan para evitar la oscilación cuando las señales de entrada cruzan el umbral lentamente o con ruido superpuesto. Según el libro Art of Electronics de Horowitz & Hill (tercera edición, pág. 231), la histéresis crea una banda muerta en la que el comparador ignora las pequeñas variaciones de entrada, lo que requiere que la entrada supere V_TH+ para cambiar a un valor alto y caiga por debajo de V_TH- para cambiar a un valor bajo. La tensión de histéresis V_hyst = V_TH+ - V_TH- debe superar el ruido de pico a pico en al menos 2 veces para una conmutación confiable. Los comparadores estándar (LM339, LM393) requieren resistencias externas para configurar la histéresis; los disparadores Schmitt integrados (74HC14) tienen una histéresis fija de 0,4 a 0,9 V, según la tensión de alimentación.

Ejemplo Resuelto

Diseñe un circuito comparador de 3,3 V con una histéresis de 100 mV centrada a 1,65 V para un monitor de voltaje de batería que utilice el LM393. Necesario: V_TH+ = 1,70 V, V_TH- = 1,60 V, V_hyst = 100 mV. Con una topología de retroalimentación positiva: R1 (divisor de entrada) = 10 kΩ, R2 = 10 kΩ establece que V_ref = 1,65 V. Para una histéresis de 100 mV con oscilación de Vout = 3,3 V: R_fb = R_parallel × (V_out/V_hyst) = 5 kΩ × (3,3 V/0,1 V) = 165 kΩ. Seleccione 160 kΩ (serie E24). Histéresis real = 3,3 V × 5 kΩ/160 kΩ = 103 mV. Con un ruido de 50 mVpp en la entrada, esto proporciona un margen de ruido 2 veces mayor: las señales que cruzan el umbral activan transiciones de salida limpias sin vibraciones.

Consejos Prácticos

  • ✓Para los sistemas de 5 V, el 74HC14 proporciona una histéresis de 0,9 V sin componentes externos, lo que resulta ideal para el acondicionamiento de señales y el rebote a niveles lógicos digitales
  • ✓Calcule la resistencia de retroalimentación: R_fb = R_eq × (V_swing/V_hyst) donde R_eq = R1||R2 del divisor de entrada; R_fb más grande = histéresis más pequeña
  • ✓Los comparadores de drenaje abierto (LM339) requieren una resistencia de tracción; los comparadores push-pull (TLV3201) no; compruebe el tipo de salida en la hoja de datos

Errores Comunes

  • ✗Establecer una histéresis más estrecha que el ruido de entrada: produce múltiples transiciones de salida (vibración) durante el cruce de una sola entrada; la histéresis debe superar 2 veces el ruido de pico a pico
  • ✗Uso de amplificadores operacionales como comparadores: los amplificadores operacionales tienen retrasos de recuperación de 1 a 100 μs cuando la salida se satura; los comparadores dedicados (LM339, LM393) se recuperan en 100 a 300 ns
  • ✗Ignorar el retraso de propagación del comparador: el LM339 tiene un retraso de 1,3 μs; para aplicaciones de alta velocidad, utilice MAX942 (80 ns) o LT1016 (10 ns) según la guía de selección de Linear Technology

Preguntas Frecuentes

Evite la vibración de salida (oscilación rápida) cuando la señal de entrada cruza el umbral lentamente o con ruido superpuesto. Según el informe de aplicación SLAA068 de TI, la histéresis superior a 2 veces la amplitud de ruido elimina los factores desencadenantes falsos. Para un ruido de 10 mVpp, utilice una histéresis de más de 20 mV.
Retroalimentación positiva de la salida a la entrada no inversora: R_fb conecta la salida a la entrada V+. Cuando la salida es alta, V+ aumenta (aumentando V_TH-); cuando la salida es baja, V+ cae (bajando V_TH+). La diferencia crea una ventana de histéresis. Los circuitos integrados con histéresis integrada incluyen el TLV3201 (6 mV) y el MAX9117 (programable por el usuario).
Sí, los disparadores Schmitt (74HC14, 40106) proporcionan una histéresis de nivel digital para las señales lógicas; los comparadores con resistencias de retroalimentación proporcionan una histéresis de nivel analógico para las interfaces de los sensores. Los ADC con comparadores internos (TI ADS1115) incluyen una histéresis de umbral programable para las funciones de comparación de ventanas.
Regla empírica: V_hyst > 2 veces el ruido + 2 veces el voltaje de compensación del comparador + 2 veces la deriva del umbral esperado. Para una señal de sensor con un ruido de 50 mVpp y LM339 (compensación máxima de 5 mV): v_Hyst > 100 mV + 10 mV = 110 mV como mínimo. Utilice 150 mV como margen. La histéresis excesiva provoca retrasos en la detección: equilibre la inmunidad al ruido con el tiempo de respuesta.

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