Circuit de comparateur

Le tutoriel d’ampli op Comprend:
Introduction Résumé des circuits Amplificateur inverseur Amplificateur sommateur Amplificateur non inverseur Amplificateur à gain variable Filtre actif passe-haut Filtre actif passe-bas Filtre passe-bande Comparateur de filtre Notch Déclencheur de Schmitt Multivibrateur Intégrateur bistable Différentiateur Oscillateur à décalage de phase Oscillateur à pont de Wien

Les circuits qui comparent deux tensions et donnent une sortie numérique dépendante de la comparaison des deux tensions sont souvent utilisés dans la conception de circuits électroniques.

Pour un circuit comparateur, un amplificateur à gain élevé est nécessaire pour que même de petits changements sur l’entrée entraînent une commutation ferme du niveau de sortie.

Les amplificateurs opérationnels sont utilisés dans de nombreuses conceptions de circuits électroniques, mais des puces de comparateur spécifiques offrent de bien meilleures performances.

Applications des comparateurs

Il existe de très nombreuses utilisations pour les circuits comparateurs dans la conception de circuits électroniques.

Il est souvent nécessaire de pouvoir détecter une certaine tension et de commuter un circuit en fonction de la tension détectée.

Un exemple pourrait être utilisé dans un circuit de détection de température. Cela peut produire une tension variable en fonction de la température. Il peut être nécessaire de mettre le chauffage en marche lorsque la température tombe en dessous d’un point donné et cela peut être réalisé en utilisant un comparateur pour détecter lorsque la tension proportionnelle à la température est tombée en dessous d’une certaine valeur.

Pour ces utilisations et bien d’autres, un circuit appelé comparateur peut être utilisé.

Qu’est-ce qu’un comparateur ?

Comme le nom comparateur l’indique, ces composants et circuits électroniques sont utilisés pour comparer deux tensions.

Lorsque l’un est supérieur à l’autre, la sortie du circuit comparateur est dans un état, et lorsque les conditions d’entrée sont inversées, alors la sortie du comparateur passe à l’autre état.

Le comparateur essential se compose d’un amplificateur à gain élevé doté d’une entrée différentielle – une entrée inverseuse et une entrée non inverseuse.

En termes de fonctionnement, le comparateur bascule entre haut et bas en fonction de l’état des entrées. Si l’entrée non inverseuse est supérieure à l’entrée inverseuse, la sortie est élevée. Si l’entrée non inverseuse est inférieure à celle inverseuse, la sortie est élevée.

Comparateurs et amplis op

Bien qu’il soit facile d’utiliser un amplificateur opérationnel comme comparateur, en particulier lorsqu’il peut être facile à utiliser si une puce contenant plusieurs amplis op en a un de rechange. Cependant, il n’est pas toujours conseillé d’adopter cette approche. L’ampli op peut ne pas toujours fonctionner correctement ou ne pas offrir les performances optimales. Cela dit, lorsque l’application n’est pas exigeante, il est toujours tentant d’utiliser ces composants électroniques car ils sont peut-être déjà disponibles.

Les performances des puces de comparateur et des amplis op sont très différentes sous un certain nombre d’aspects:

• Verrouillage de l’ampli op: Dans certaines conditions, en particulier lorsqu’un ampli op est piloté dur, il est possible qu’il se verrouille, c’est-à-dire que même lorsque l’entrée change, la sortie reste la même. Les comparateurs sont conçus pour fonctionner dans ce mode et ne doivent jamais se verrouiller.

  C’est un domaine clé où l’utilisation d’un comparateur plutôt que d’un ampli op peut être un avantage distinct.

• Fonctionnement en boucle ouverte : Les amplificateurs opérationnels sont conçus pour être utilisés en mode boucle fermée et leur circuit est optimisé pour ce type de scénario. Leur fonctionnement n’est pas caractérisé en mode boucle ouverte.

• Numérique vs analogique: Les amplificateurs opérationnels sont des composants analogiques essentiels et leurs circuits internes sont conçus pour fonctionner dans cette région. Les comparateurs sont conçus pour fonctionner en fonction logique, c’est-à-dire en mode numérique.

  Cela signifie que les amplificateurs opérationnels sont les meilleurs lorsqu’ils fonctionnent en mode analogique avec la sortie ne heurtant pas les rails, alors que les comparateurs ne fonctionnent pas si bien en mode linéaire et fonctionnent beaucoup mieux avec des niveaux logiques.

• Étages de sortie : Les étages de sortie des amplificateurs opérationnels et des comparateurs sont très différents. Les amplificateurs généralement opérationnels ont une sortie linéaire, fonctionnant souvent de manière symétrique complémentaire pour donner des performances linéaires optimales pour la sortie.

  Les comparateurs ont souvent une sortie à collecteur ouvert adaptée à la conduite dans des interfaces numériques. Ils sont conçus pour s’interfacer avec des circuits logiques, fournissant une entrée logique à partir d’une comparaison de tensions analogiques.

  

• Temps de réponse: Les comparateurs sont optimisés pour fournir des temps de réponse et de commutation très rapides. Les taux de rotation sont rapides et offrent des performances optimales.

  Les amplificateurs opérationnels ne sont pas optimisés pour ces caractéristiques. Ils ont tendance à être des composants électroniques beaucoup plus lents optimisés pour un fonctionnement linéaire plutôt que pour la vitesse.

• Tension de sortie &tension de saturation: Les comparateurs sont généralement capables de conduire dans de petites limites des tensions de rail. Ceci est nécessaire pour une bonne commutation des circuits logiques. Les amplis op ne pourront pas conduire dur sur les rails car ils ont une certaine tension de saturation – cela peut entraîner une mauvaise commutation des circuits logiques.

Compte tenu de ces facteurs, il est toujours préférable d’utiliser une puce comparatrice lorsque ce type de fonctionnement est envisagé.

Comparateur amplificateur opérationnel

Il est possible d’utiliser un ampli op comme comparateur car il répond aux exigences de base de la fonction.

En fonctionnement, l’amplificateur opérationnel passe en saturation positive ou négative en fonction des tensions d’entrée. Comme le gain de l’amplificateur opérationnel dépassera généralement 100 000, la sortie sera saturée lorsque les entrées ne sont séparées que de fractions de millivolt.

Bien que les amplis op soient largement utilisés comme comparateur, les puces de comparateur spéciales sont bien meilleures.

Ces puces comparateurs spécifiques offrent des temps de commutation très rapides, bien supérieurs à ceux offerts par la plupart des amplis op destinés à des applications plus linéaires. Les vitesses de balayage typiques sont de l’ordre de plusieurs milliers de volts par microseconde, bien que le plus souvent des chiffres de retard de propagation soient cités.

Un circuit comparateur typique aura une des entrées maintenue à une tension donnée. Il peut souvent s’agir d’un diviseur potentiel provenant d’une source d’approvisionnement ou d’une source de référence. L’autre entrée est prise au point à détecter.

Dans ce diagramme, la tension de commutation est générée par le diviseur de potentiel composé de R1 et R2. Cela règle la tension à une entrée du comparateur – dans ce cas, l’entrée inverseuse. L’entrée non inverseuse de ce circuit est connectée au point nécessitant une détection. Lorsque la tension sur ce point dépasse la tension de référence, la sortie du comparateur devient haute, et lorsqu’elle tombe en dessous de la tension de référence, la sortie devient basse.

Typiquement, le comparateur sera piloté à partir des mêmes rails de tension que ceux du système. Pour la logique 5V, le comparateur serait généralement entraîné à partir d’un rail 5V.

Notes du comparateur d’ampli op

p >Il y a un certain nombre de points à retenir lors de l’utilisation de circuits de comparateur. Il existe certaines différences entre les circuits amplificateurs opérationnels normaux et les circuits comparateurs qui doivent être prises en compte lors de toute conception de circuit électronique.

• Assurez-vous que l’entrée différentielle n’est pas dépassée: Comme il n’y a pas de rétroaction, les deux entrées du circuit seront à des tensions différentes. En conséquence, il est nécessaire de s’assurer que l’entrée différentielle maximale n’est pas dépassée. Toutes les possibilités de l’état du circuit doivent être prises en compte au stade de la conception du circuit électronique.
• Changement de courant d’entrée: Encore une fois, en raison du manque de rétroaction, la charge présentée par le comparateur à la source changera. D’autant plus que le circuit change, il y aura une petite augmentation du courant d’entrée. Pour la plupart des circuits, ce ne sera pas un problème, mais si l’impédance de la source est élevée, cela peut entraîner quelques réponses inhabituelles. Cela doit être pris en compte lors de la conception du circuit électronique.
• Bruit du signal d’entrée: Le principal problème de ce circuit est que le nouveau point de basculement, même de petites quantités de bruit, fera basculer la sortie d’avant en arrière. Ainsi, près du point de basculement, il peut y avoir plusieurs transitions en sortie, ce qui peut poser des problèmes ailleurs dans le circuit global. La solution à cela est d’utiliser un déclencheur Schmitt.
  En savoir plus sur le. . . . Circuit de déclenchement de Schmitt.

• Lorsque la fonction de comparateur est requise, il est préférable d’utiliser une puce de comparateur: Lorsqu’une fonction de comparateur est requise, il est toujours préférable d’utiliser une puce de comparateur si possible. Si l’un de ces composants électroniques n’est pas disponible et qu’un ampli op doit être utilisé, veillez à ne pas surcharger l’entrée afin que le verrouillage se produise.

Utilisation d’une puce de comparateur

Lorsqu’un circuit de comparateur est nécessaire, il est toujours préférable d’opter pour une puce de comparateur spécifique comme base du circuit.

Les puces de comparateur sont bien meilleures pour gérer la commutation entre deux valeurs et peuvent souvent avoir des étages de sortie qui peuvent s’interfacer plus facilement avec la logique que les amplificateurs opérationnels analogiques.

En ce qui concerne le fonctionnement du circuit de base, la principale différence est que la plupart des comparateurs ont une sortie à collecteur ouvert et nécessitent une résistance de traction externe ou une autre circuité.

Les amplificateurs opérationnels sont très bon marché et très largement disponibles. Les comparateurs ne sont pas tout à fait aussi bon marché et pas aussi librement disponibles car ces composants électroniques ont tendance à être utilisés un peu moins et peuvent être un peu plus chers, mais pas beaucoup. Il ne devrait y avoir aucun problème avec leur utilisation.

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