Comparaison de tensions I Rôle II Fonctionnement

Comparaison de tensions
I Rôle
La fonction comparaison produit une différence de potentiel de type logique VS qui
indique si les deux tensions d’entrées VE1 et VE2 sont inférieures ou supérieures.
En général l’une des deux tensions est constante puis l’autre est variable décrivant
l’état de fonctionnement du système technique étudié (image de l’évolution d’une grandeur
physique, image d’un courant moteur,…)
VE1
VE2
Comparaison de
tensions
VS
La valeur de la tension de sortie dépend de plusieurs paramètres de la structure utilisée
pour réaliser la fonction « Comparaison de tensions » :
-le niveau logique 1 est équivalent à la tension appelée VSAT+=(+VCC)-tension
de déchet haute,
-le niveau logique 0 est équivalent à la tension appelée VSAT-=VEE+tension de
déchet basse.
(+VCC) : tension d’alimentation positive du composant utilisé pour réaliser la fonction
« Comparaison de tension »,
(VEE) : tension d’alimentation négative du composant utilisé pour réaliser la fonction
« Comparaison de tension »,
tension de déchet : c’est une chute de tension par rapport à l’alimentation du
composant utilisé pour réaliser la fonction « Comparaison de tension ».
Toutes ces données se trouvent en analysant le câblage du composant (pour déterminer
les valeurs de (+VCC) et (-VCC)) puis par une analyse de la documentation constructeur du
composant (pour les tensions de déchets).
II Fonctionnement
II.1 Les comparateur à un seuil
II.1.1 Le comparateur à un seuil non inverseur
Caractéristique de transfert :
VS
VSAT+
VEE
VE2
+VCC
VE1
VSATG BERTHOME – Lycée Mireille GRENET – COMPIEGNE
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Comparaison de tensions
Si VE1<VE2, alors VS=VSAT+.
Si VE1>VE2, alors VS=VSATStructure à base d’ALI :
_
V-=VE2=VREF=Cte
∞
+
VS
+
V =VE1
Il n’y a pas de rebouclage de
l’entrée + sur la sortie, donc
c’est un comparateur à un
seuil.
La tension qui varie (VE1) est
connectée sur l’entrée +,
donc c’est un comparateur
non-inverseur.
II.1.2 Le comparateur à un seuil inverseur
Caractéristique de transfert :
VS(V)
VSAT+
VEE
VE2
+VCC
VE1(V)
VSATSi VE1>VE2, alors VS=VSAT+.
Si VE1<VE2, alors VS=VSATStructure à base d’ALI :
_
∞
V-=VE1
+
+
VS
V =VE2=VREF=Cte
G BERTHOME – Lycée Mireille GRENET – COMPIEGNE
Il n’y a pas de rebouclage de
l’entrée + sur la sortie, donc
c’est un comparateur à un
seuil.
La tension qui varie (VE1) est
connectée sur l’entrée -, donc
c’est un comparateur
inverseur.
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Comparaison de tensions
II.2 Les comparateurs à deux seuils
On appelle aussi ces comparateurs :
-comparateur à hystérésis,
-comparateur « Trigger de Schmitt »
II.2.1 Le comparateur à deux seuils non-inverseur
Caractéristique de transfert :
VS(V)
Cycle d’hystérésis
VSAT+
VSEUIL1
VSEUIL2
VEE
VSAT-
+VCC
VE1(V)
H
Les seuils de comparaison dépendent de la croissance ou de la décroissance de la
tension d’entrée :
Lorsque VE1 croît le basculement de la sortie de VSAT- à VSAT+ se fait lorsque
VE1>VSEUIL2.
Lorsque VE1 décroît le basculement de la sortie de VSAT+ à VSAT- se fait lorsque
VE1<VSEUIL1.
H=VSEUIL2-VSEUIL1 est appelé l’hystérésis du comparateur.
Les valeurs de VSEUIL1 et VSEUIL2 dépendent des composants de la structure ainsi que
de VSAT+ et VSAT-.
Structure à base d’ALI :
_
V-=VE2=VREF=Cte
R1
∞
+
VS
R2
Il y a un rebouclage de
l’entrée + sur la sortie, donc
c’est un comparateur à deux
seuils.
La tension qui varie (VE1) est
connectée sur l’entrée + (par
l’intermédiaire de R1, donc
c’est un comparateur noninverseur.
VE1
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Comparaison de tensions
II.2.1 Le comparateur à deux seuils inverseur
Caractéristique de transfert :
VS(V)
Cycle
d’hystérésis
VSAT+
VEE
VSEUIL1
VSEUIL2
+VCC
VE1(V)
VSATH
Les seuils de comparaison dépendent de la croissance ou de la décroissance de la
tension d’entrée :
Lorsque VE1 croît le basculement de la sortie de VSAT+ à VSAT- se fait lorsque
VE1>VSEUIL2.
Lorsque VE1 décroît le basculement de la sortie de VSAT- à VSAT+ se fait lorsque
VE1<VSEUIL1.
H=VSEUIL2-VSEUIL1 est appelé l’hystérésis du comparateur
Les valeurs de VSEUIL1 et VSEUIL2 dépendent des composants de la structure ainsi que
de VSAT+ et VSAT-.
Structure à base d’ALI :
_
V-=VE1
∞
+
R1
VS
R2
Il y a un rebouclage de
l’entrée + sur la sortie, donc
c’est un comparateur à deux
seuils.
La tension qui varie (VE1) est
connectée sur l’entrée - donc
c’est un comparateur
inverseur.
VE2=VREF=Cte
II.3 Les autres comparateurs
Il existe d’autres types de comparateurs : comparateur à fenêtre, détecteur de
passage par zéro,…
Ces comparateurs sont composés de plusieurs ALI, il faudra être capable d’étudier leur
fonctionnement.
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Comparaison de tensions
III Méthode de calcul des montages à ALI
DEBUT
Hyp : ALI est parfait,
I+=I-=0A
OUI
Y a-t-il un
rebouclage
de l’entrée –
sur la sortie ?
NON
Le mode de
fonctionnement est le
régime linéaire
Le mode de
fonctionnement est le
régime non linéaire
ε=0
ε ≠0
La sortie ne peut prendre que
deux valeurs : VSAT+ ou VSAT-
Travail à faire : il faut
calculer l’expression de
VS .
VE
1) Déterminer
l’expression de V+ par la
méthode du point milieu
ou de Milmann (si
nécessaire)
2) Déterminer
l’expression de V- par la
méthode du point milieu
ou de Milmann (si
nécessaire)
Travail à faire : il faut :
déterminer la condition sur
Ve pour obtenir Vs=VSAT+,
déterminer la condition sur
Ve pour obtenir Vs=VSAT-.
1) Déterminer
l’expression de V+ par la
méthode du point milieu
ou de Milmann (si
nécessaire)
2) Déterminer
l’expression de V- par la
méthode du point milieu
ou de Milmann (si
nécessaire)
1
2
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Comparaison de tensions
1
2
3) Faire V+=V- et en tirer
l’expression de VS .
VE
3) Déterminer
l’expression de ε en
faisant ε=(V+) – (V-).
FIN
4) 1° cas ε>0 Vs=VSAT+
Déterminer la condition
sur Ve en faisant ε>0
(remplacer ε par son
expression trouvée au 3).
5) 2° cas ε<0 Vs=VSATDéterminer la condition
sur Ve en faisant ε<0
(remplacer ε par son
expression trouvée au 3).
IV Applications-critères de choix
FIN
Pour étudier une structure à base de comparateur de tensions il faut être capable :
-déterminer la valeur de la sortie pour différentes valeurs de l’entrée (tracés du
chronogramme de sortie en fonction de l’entrée) c’est à dire :
-déterminer la condition sur la tension d’entrée pour obtenir VS=VSAT+,
-déterminer la condition sur la tension d’entrée pour obtenir VS=VSAT-.
-tracer la caractéristique de transfert du comparateur de tensions.
Critères de choix :
-tensions de déchets : compatibilité de la tension de sortie VS avec les
structures qui traitent la sortie du comparateur de tensions,
-Slew Rate : limite la fréquence du signal à comparer en entrée,
-simple seuil : on utilise ce type de comparateurs lorsque l’évolution du signal
d’entrée en rapide,
-double seuil : on utilise ce type de comparateurs lorsque l’évolution du signal
d’entrée est lente ce qui permet d’éviter les basculements intempestifs de la sortie dus à des
parasites sur le signal à comparer.
-calcul des composants pour fixer les seuils : dépend de l’application dans le
cadre du système technique étudié.
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