Comparaison de tensions

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1 I Rôle La fonction comparaison produit une différence de potentiel de type logique qui indique si les deux tensions d entrées V E1 et V E2 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, ) V E1 V E2 Comparaison de tensions 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 AT =(V CC )-tension de déchet haute, -le niveau logique 0 est équivalent à la tension appelée AT- = tension de déchet basse. (V CC ) : tension d alimentation positive du composant utilisé pour réaliser la fonction «Comparaison de tension», ( ) : 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 (V CC ) et (-V CC )) 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 AT V E2 V CC V E1 AT- G BERTHOME Lycée Mireille GRENET COMPIEGNE Page 1/6

2 Si V E1 <V E2, alors =AT. Si V E1 >V E2, alors =AT- Comparaison de tensions V - =V E2 =V REF =Cte V =V E1 Il n y a pas de rebouclage de l entrée sur la sortie, donc c est un comparateur à un seuil. connectée sur l entrée, donc c est un comparateur non-inverseur. II.1.2 Le comparateur à un seuil inverseur (V) AT V E2 V CC V E1 (V) AT- Si V E1 >V E2, alors =AT. Si V E1 <V E2, alors =AT- V - =V E1 V =V E2 =V REF =Cte Il n y a pas de rebouclage de l entrée sur la sortie, donc c est un comparateur à un seuil. connectée sur l entrée -, donc c est un comparateur inverseur. G BERTHOME Lycée Mireille GRENET COMPIEGNE Page 2/6

3 II.2 Les comparateurs à deux seuils Comparaison de tensions On appelle aussi ces comparateurs : -comparateur à hystérésis, -comparateur «Trigger de Schmitt» II.2.1 Le comparateur à deux seuils non-inverseur (V) Cycle d hystérésis AT EUIL1 EUIL2 VCC V E1 (V) AT- H Les seuils de comparaison dépendent de la croissance ou de la décroissance de la tension d entrée : Lorsque V E1 croît le basculement de la sortie de AT- à AT se fait lorsque V E1 >EUIL2. Lorsque V E1 décroît le basculement de la sortie de AT à AT- se fait lorsque V E1 <EUIL1. H=EUIL2 -EUIL1 est appelé l hystérésis du comparateur. Les valeurs de EUIL1 et EUIL2 dépendent des composants de la structure ainsi que de AT et AT-. V - =V E2 =V REF =Cte R 1 R 2 Il y a un rebouclage de l entrée sur la sortie, donc c est un comparateur à deux seuils. connectée sur l entrée (par l intermédiaire de R 1, donc c est un comparateur noninverseur. V E1 G BERTHOME Lycée Mireille GRENET COMPIEGNE Page 3/6

4 II.2.1 Le comparateur à deux seuils inverseur (V) Cycle d hystérésis AT EUIL1 EUIL2 VCC V E1 (V) AT- Les seuils de comparaison dépendent de la croissance ou de la décroissance de la tension d entrée : Lorsque V E1 croît le basculement de la sortie de AT à AT- se fait lorsque V E1 >EUIL2. Lorsque V E1 décroît le basculement de la sortie de AT- à AT se fait lorsque V E1 <EUIL1. H=EUIL2 -EUIL1 est appelé l hystérésis du comparateur Les valeurs de EUIL1 et EUIL2 dépendent des composants de la structure ainsi que de AT et AT-. H V - =V E1 R 1 R 2 Il y a un rebouclage de l entrée sur la sortie, donc c est un comparateur à deux seuils. connectée sur l entrée - donc c est un comparateur inverseur. V E2 =V REF =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. G BERTHOME Lycée Mireille GRENET COMPIEGNE Page 4/6

5 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 Travail à faire : il faut calculer l expression de S V V. E 1) Déterminer l expression de V par la 2) Déterminer l expression de V - par la 1 ε 0 La sortie ne peut prendre que deux valeurs : AT ou AT- Travail à faire : il faut : déterminer la condition sur Ve pour obtenir Vs=AT, déterminer la condition sur Ve pour obtenir Vs=AT-. 1) Déterminer l expression de V par la 2) Déterminer l expression de V - par la 2 G BERTHOME Lycée Mireille GRENET COMPIEGNE Page 5/6

6 1 2 3) Faire V=V- et en tirer l expression de V V. E S 3) Déterminer l expression de ε en faisant ε=(v) (V-). FIN 4) 1 cas ε>0 Vs=AT Déterminer la condition sur Ve en faisant ε>0 (remplacer ε par son expression trouvée au 3). 5) 2 cas ε<0 Vs=AT- Déterminer 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 =AT, -déterminer la condition sur la tension d entrée pour obtenir =AT-. -tracer la caractéristique de transfert du comparateur de tensions. Critères de choix : -tensions de déchets : compatibilité de la tension de sortie 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. G BERTHOME Lycée Mireille GRENET COMPIEGNE Page 6/6