¿Por qué tuve que agregar búfer a este circuito?

Su sensor tiene una alta impedancia de salida.

Imagine el sensor como una fuente de voltaje en serie con una resistencia Rout. Si la salida del comparador es alta, obtienes el siguiente circuito equivalente:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Aquí, V_OpAmp es el voltaje de salida del amplificador operacional. Supuse que tiene un alto nivel de 5V. El voltaje de circuito abierto V_sensor del sensor es de 0,4 V, pero debido a que tiene una alta impedancia de salida, el voltaje de salida del amplificador operacional lo eleva; lo que realmente mide en la salida del sensor es V_sensor_out = 2V.

Elegí algunos valores de resistencia que replican los resultados medidos que mencionas. Conociendo Rin y Rf, podría calcular fácilmente el valor real de Rout.

Agregar el búfer presenta al sensor con una carga de alta impedancia y al disparador Schmidt con un controlador de baja impedancia, eliminando efectivamente el efecto.

Para mayor claridad, lo que ha mostrado en su dibujo es un comparador con una retroalimentación positiva, lo que lo convierte en un disparador Schmitt.

Sin una retroalimentación positiva, la salida del comparador va a su voltaje máximo (hasta VCC para algunos comparadores), cuando el voltaje en su entrada no inversora excede el voltaje en su entrada inversora y va a su voltaje mínimo (Vss o tierra) , cuando el voltaje en su entrada inversora excede el voltaje en su entrada no inversora. Si el voltaje entre las entradas del comparador es cercano a cero, su salida podría estar cambiando de un lado a otro caóticamente y confundir a todos.

La retroalimentación positiva se usa para evitar este cambio caótico al reforzar la diferencia inicial entre las entradas. Si era positivo al principio (es decir, la entrada no inversora era más alta que la entrada inversora), la salida subirá y una fracción de ella, a través de la retroalimentación positiva, hará que la entrada no inversora sea un poco más alta y la diferencia más positiva. Si era negativo, la salida será baja y hará que la entrada no inversora sea un poco más baja y la diferencia más negativa.

A continuación se muestra una versión simple de un circuito disparador comparador/Schmitt que podría usar en su aplicación:

Es muy similar a su circuito, excepto que el sensor está conectado a la entrada no inversora. Con este circuito, puede calcular con precisión cuánto afectará la salida de conmutación a la entrada no inversora, ya que es solo una red de retroalimentación resistiva.

En su circuito, el efecto de la retroalimentación es más difícil de predecir porque el sensor es parte de la red de retroalimentación y su impedancia puede cambiar con el tiempo (por ejemplo, cuando detecta algo).

Además, el comportamiento de dicho circuito podría confundirlo: cuando vea que aumenta el voltaje en la salida del sensor, podría pensar que esto se debe a que el estado del sensor ha cambiado, cuando en realidad puede ser causado por el comparador la salida cambia de baja a alta con una fracción de ese voltaje que se muestra en la salida del sensor.

Por supuesto, si el sensor tiene una impedancia de salida muy baja, la retroalimentación positiva será más predecible y estará determinada por la relación de Rf y Rin. El búfer, como ya sabes, también aislaría el sensor de la retroalimentación positiva, pero es un componente extra.

En resumen, si desea que su circuito funcione de manera más predecible sin agregar un búfer, puede usar la entrada inversora para el sensor y dejar que la entrada no inversora haga lo suyo.