01 · Punto de partida
¿Luz prendida o apagada?
Termostato, nivel de tanque, detector de oscuridad: la electrónica decide entre dos estados. El comparador es un op-amp sin realimentación (Tema 14): cualquier diferencia satura a un riel. Pero en el borde del umbral, el ruido lo vuelve loco: conmuta cientos de veces. La histéresis lo cura.
- ¿Cómo se cablea el comparador más simple?
- ¿Qué es el repiqueteo y cuándo aparece?
- ¿Cómo se calculan los dos umbrales?
- ¿Cuánta histéresis es suficiente?
02 · Comparador básico
El op-amp brutal
Vin a −, Vref a +: si Vin supera Vref, la salida cae al riel bajo; si no, sube al alto (lógica invertida; para no invertida, intercambiar entradas). Con LM358 a 5 V: ALTO ≈ 3,5 V, BAJO ≈ 0,5 V: no es lógica de 5 V, es “casi digital” que maneja un transistor o un LED.
03 · Repiqueteo
El borde es una zona de guerra
Con Vin clavado en 2,50 V y ruido de ±100 mV, la entrada cruza el umbral decenas de veces por segundo: relé que tabletea, LED que parpadea, contador que suma de más. El laboratorio lo muestra: banda de ruido que toca el umbral = repiqueteo garantizado.
Sin histéresis
Un umbral: 2,50 V
Ruido de 100 mV → conmutaciones falsas. Solo sirve con señales limpias y rápidas.
Con histéresis
Dos umbrales: 1,5 / 3,0 V
El ruido de 100 mV no cruza 1,5 V de banda: una subida, una bajada. Silencio.
04 · Schmitt
Positiva a propósito
Realimentación positiva al nodo + (Tema 15): dos R de 10k, una a Vref = 2,5 V y otra a la salida. El nodo + vale (2,5 + Vout)/2: con salida en ALTO (3,5) el umbral es 3,0 V; en BAJO (0,5) es 1,5 V. Banda de 1,5 V: memoria de la última decisión.
- Subiendo
- La salida cae a BAJO recién al cruzar 3,0 V: antes aguanta en ALTO aunque pase por 2,5 V.
- Bajando
- Vuelve a ALTO recién al cruzar 1,5 V: el ruido entre medio no la mueve.
- Ancho justo
- Apenas mayor que el ruido pico-pico (×2 de margen): 1,5 V contra 0,2 V de ruido sobra; contra 2 V de ruido falta.
- Lógica invertida
- Este Schmitt invierte (entrada a −): Vin alto → salida BAJA. Si necesitás no invertido, otra etapa ×−1 o entradas cruzadas.
05 · Decisión en código
Contar conmutaciones
Simular deriva lenta con ruido sobre el umbral: el básico tabletea 11 veces, el Schmitt ni se entera (0).
Python en tu navegador. Subí el ruido y mirá cuándo se rinde cada uno.
def comparador(vin, vref=2.5, hi=3.5, lo=0.5):
return hi if vin < vref else lo
def schmitt(vin, estado, vref=2.5, hi=3.5, lo=0.5):
th_hi = (vref + hi) / 2
th_lo = (vref + lo) / 2
if vin > th_hi:
estado = lo
elif vin < th_lo:
estado = hi
return estado, th_hi, th_lo
print(comparador(2.4), comparador(2.6))
e = 3.5
for v in (2.0, 2.6, 3.2, 2.6, 1.2):
e, thi, tlo = schmitt(v, e)
print(f"Vin={v}V umbrales={tlo:.1f}/{thi:.1f} -> {e}V")
El básico conmuta en 2,5. El Schmitt: 2,6 no lo mueve (sigue 3,5), 3,2 lo voltea, y para volver hay que bajar de 1,5.
Rampa ruidosa
import random
random.seed(7)
rampa = [2.45 + i * 0.01 + random.uniform(-0.15, 0.15) for i in range(21)]
flancos_b = sum(1 for a, b in zip(rampa, rampa[1:]) if (a < 2.5) != (b < 2.5))
e, flancos_s = 3.5, 0
for v in rampa:
nuevo, _, _ = schmitt(v, e)
flancos_s += (nuevo != e)
e = nuevo
print(f"flancos basico={flancos_b} schmitt={flancos_s}")
06 · Analogía programador
Debounce por hardware
- 1Histéresis = debounce.
Igual que ignorar rebotes de un pulsador por 20 ms: dos umbrales ignoran rebotes de voltaje.
- 2Banda muerta = termostato.
Prende a 19 °C, apaga a 21 °C: sin banda el relé tabletea toda la noche.
- 3Memoria = estado.
Entre umbrales la salida recuerda: es un flip-flop de 1 bit con entradas analógicas.
07 · Taller
Laboratorio: cazar el repiqueteo
Vref = 2,5 V, salida 0,5/3,5 V. Mové Vin y el ruido: el laboratorio cuenta flancos y avisa si la banda toca umbrales.
Caza-repiqueteo
Schmitt · ALTO 3,5 V
Schmitt en ALTO: la banda 1,90–2,10 no toca umbrales.
Preguntas para explorar
- Pasá a básico con Vin = 2,50 y ruido 100 mV. ¿Estado? Movelo 2,45–2,55: ¿flancos?
- Volvé a Schmitt, subí Vin a 3,5 V y bajalo a 1,0 V. ¿En qué valores conmuta cada sentido?
- Con Schmitt y ruido 300 mV en Vin = 2,5: ¿sigue estable? ¿Qué enseña sobre el ancho?
Ver respuestas sugeridas
- La banda 2,40–2,60 contiene 2,50: repiqueteo, flancos sumando al mover. Tablaeteo garantizado.
- Subiendo ≈ 3,0 V, bajando ≈ 1,5 V (más el margen del ruido configurado): asimetría visible de la memoria. Anotalos del laboratorio.
- Banda 2,2–2,8 dentro de 1,5–3,0: estable todavía. El ancho debe superar el ruido pico-pico con margen.
08 · Comprensión
Confusiones frecuentes
«La salida es lógica 5 V»
Es 0,5/3,5 V (LM358 a 5 V): un 3,3 V lo lee, un 5 V TTL a veces no. Para lógica seria: transistor o comparador dedicado.
«Histéresis = hacerlo más lento»
No es retardo: es memoria. Conmuta igual de rápido, pero solo ante cambios que importan.
«Más histéresis, mejor»
Ancho de más come sensibilidad: con 1,5 V de banda no detectás cambios de 0,5 V. Justa y necesaria.
«Op-amp = comparador dedicado»
El op-amp es lento decidiendo (µs, saturación profunda): para MHz o respuesta rápida, LM393/dedicados (Tema 21).
09 · Práctica guiada
Ejercicios de decisión
Ejercicio 1: umbrales a mano
Schmitt del tema (2×10k, Vref 2,5, 0,5/3,5). Calculá umbrales y verificá con schmitt() barriendo 0→5 V.
Ver solución razonada
1,5 / 3,0 V: (2,5+0,5)/2 y (2,5+3,5)/2. El barrido conmuta una vez por sentido, sin importar el ruido menor a 1,5 V.
Ejercicio 2: bomba de tanque
Nivel 0–5 V = 0–100 %. Querés bomba ON bajo 30 % y OFF sobre 70 %. ¿Vref y R sirven los del tema? ¿Lógica?
Ver solución
Sirven casi (1,5/3,0 V = 30/60 %): para 30/70 % exactos, Vref = 3,5 V con Ra = 20k y Rf = 10k → umbrales 1,5/3,5 V. Lógica invertida: Vin bajo → ALTO → transistor prende bomba.
Ejercicio 3: montar y soplar
Schmitt con pote en Vin. Subí despacio hasta que conmute, anotá; bajá hasta que vuelva, anotá. ¿Histéresis medida?
Ver solución
≈ 1,5 V (3,0 − 1,5) ± tolerancias de R y rieles reales. Si da ~0: la Rf no va al nodo correcto (revisar +).
10 · Síntesis
Ideas para recordar
- Comparador = op-amp sin lazo: rieles 0,5/3,5 V (no lógica).
- Un umbral + ruido = repiqueteo; dos umbrales = decisión.
- Schmitt: Vth = (Vref + Vsat)/2 con 2×R iguales → 1,5/3,0 V.
- Ancho apenas mayor que el ruido pico-pico.
- Lógica invertida (entrada a −): planificar la etapa siguiente.
Bloque operacional completo (T14–T20). Ahora lo incómodo pero necesario: en el próximo tema, límites reales del operacional.