Qu’est-ce qu’un comparateur ?
Un comparateur est un élément qui compare deux signaux d’entrée et produit des sorties différentes en fonction des résultats. Généralement, deux entrées sont utilisées : l’entrée du signal à mesurer et un signal de référence.
Cela permet d’effectuer des branchements conditionnels dans le circuit, par exemple pour effectuer une opération spécifique lorsqu’un signal dépassant la valeur de référence est entré.
L’entrée d’un comparateur est analogique, mais le signal de sortie est numérique. Les comparateurs peuvent donc être utilisés comme interface entre les circuits analogiques et numériques.
Utilisations des comparateurs
Les comparateurs peuvent être utilisés pour construire des circuits logiques qui effectuent des comparaisons entre des signaux d’entrée et des signaux de référence. Par exemple, ils peuvent surveiller les hausses ou les baisses excessives de tension et donner l’alerte lorsqu’elles sont hors limites, ou contrôler le fonctionnement d’un équipement.
D’autres branchements conditionnels de type “si/alors” peuvent également être utilisés, comme le réglage automatique de la température d’un réfrigérateur ou d’un climatiseur, ou la limitation des performances d’un téléphone portable ou d’un PC lorsque la batterie est faible.
Principe du comparateur
Les comparateurs ont cinq bornes, dont une borne d’alimentation positive et une borne d’alimentation négative, deux entrées et une borne de sortie. Ils ont pratiquement la même configuration qu’un amplificateur opérationnel, la seule différence étant la présence ou non d’une amplification inverse. Les amplificateurs opérationnels ont à l’origine la propriété de délivrer la tension de l’alimentation en cas de différence de tension d’entrée, et les comparateurs utilisent cette propriété.
Inversement, si un circuit est construit pour appliquer une rétroaction de la borne de sortie du comparateur à la borne d’entrée négative, il peut être utilisé comme un amplificateur opérationnel. Comme les comparateurs ne disposent pas d’un mécanisme d’amplification inversée, ils ne fournissent pas de compensation de phase pour empêcher l’oscillation comme le font les amplificateurs opérationnels.
Par conséquent, la principale caractéristique des comparateurs est que leur réponse est supérieure à celle des amplificateurs opérationnels. Si plusieurs comparateurs sont utilisés et que la valeur de référence est fixée par étapes, ils peuvent être utilisés comme convertisseurs AD. Les convertisseurs AD dotés d’une telle structure peuvent effectuer des conversions à grande vitesse.
Autres informations sur les comparateurs
Comparateurs à hystérésis
Si le comparateur a un seul seuil de comparaison, un bruit externe inattendu superposé au signal analogique fait que le comparateur répète High/Low en réponse au bruit. Cela provoque un dysfonctionnement au lieu de commuter avec la valeur d’entrée originale, c’est pourquoi un comparateur appelé comparateur à hystérésis a été inventé.
Les comparateurs à hystérésis se caractérisent par deux valeurs de seuil en fonction de l’état de la sortie. Dès que la sortie commute, elle passe à une autre valeur seuil différente de la précédente, ce qui permet d’éviter les dysfonctionnements inattendus dus au bruit.
La configuration du circuit d’un comparateur à hystérésis applique une rétroaction positive de la borne de sortie d’un comparateur conventionnel à la borne d’entrée par l’intermédiaire d’une résistance ou d’un dispositif similaire. Ce circuit est d’ailleurs appelé déclencheur de Schmitt, d’après le nom de l’inventeur (Otto Schmitt).
Les déclencheurs de Schmitt sont généralement utilisés en combinaison avec des éléments actifs tels que des diodes Zener pour éviter les fluctuations de la tension d’alimentation, ce qui rend le circuit plus polyvalent. Les seuils des comparateurs à hystérésis peuvent être réglés soit en plus ou en moins de manière symétrique par rapport à 0 V, soit de manière asymétrique, mais l’important est que la largeur de l’hystérésis ne soit pas trop importante.
En effet, bien que l’augmentation de la largeur de l’hystérésis améliore l’immunité aux bruits extérieurs, la sensibilité à la valeur d’entrée qui doit être jugée à l’origine est dégradée. Il faut donc veiller à ne pas augmenter la largeur de l’hystérésis plus que nécessaire au-dessus de la valeur réelle du bruit. Pour une conception plus équilibrée, le rapport entre la tension de seuil et la tension d’alimentation du comparateur doit également être pris en compte.