Généralement, en électronique, le comparateur permet de comparer deux tensions ou des courants qui sont donnés aux deux entrées du comparateur. Cela signifie qu'il prend deux tensions d'entrée, puis les compare et donne une tension de sortie différentielle, soit un signal de niveau haut ou bas. Le comparateur est utilisé pour détecter lorsqu'un signal d'entrée variant arbitrairement atteint le niveau de référence ou un niveau de seuil défini. Le comparateur peut être conçu en utilisant divers composants comme des diodes, des transistors, des amplificateurs opérationnels . Les comparateurs trouvent dans de nombreuses applications électroniques qui peuvent être utilisées pour piloter des circuits logiques.
Symbole du comparateur
Op-Amp comme comparateur
Quand nous regardons de près le symbole de comparaison, nous le reconnaîtrons comme le Op-Amp (amplificateur opérationnel) symbole, ce qui différencie ce comparateur de l'ampli-op Op-Amp est conçu pour accepter les signaux analogiques et émettre le signal analogique, alors que le comparateur ne donnera une sortie que sous forme de signal numérique bien qu'un ampli-op ordinaire puisse être utilisé comme Comparateurs (les amplificateurs opérationnels tels que LM324, LM358 et LM741 ne peuvent pas être utilisés directement dans les circuits de comparateur de tension.
Les amplificateurs opérationnels peuvent souvent être utilisés comme comparateurs de tension si une diode ou un transistor est ajouté à la sortie de l’amplificateur) mais le véritable comparateur est conçu pour avoir un temps de commutation plus rapide que celui des amplificateurs opérationnels polyvalents. Par conséquent, nous pourrions dire que le comparateur est la version modifiée des amplificateurs opérationnels spécialement conçus pour donner la sortie numérique.
Comparaison des circuits de sortie de l'amplificateur opérationnel et du comparateur
Fonctionnement du circuit de comparaison de base
Le circuit comparateur fonctionne en prenant simplement deux signaux d'entrée analogiques, en les comparant et en produisant ensuite la sortie logique haut «1» ou bas «0».
Circuit comparateur non inverseur
En appliquant le signal analogique au comparateur + entrée dite «non inverseuse» et - entrée dite «inverseuse», le circuit comparateur comparera ces deux signaux analogiques, si l'entrée analogique sur l'entrée non inverseuse est supérieure à l'entrée analogique sur en inversant, la sortie basculera vers le haut logique et cela rendra le transistor à collecteur ouvert Q8 sur le circuit équivalent LM339 ci-dessus pour allumer. Lorsque l'entrée analogique sur non inverseuse est inférieure à l'entrée analogique sur l'entrée inverseuse, alors la sortie du comparateur bascule vers le bas logique.
Cela rendra le transistor Q8 désactivé. Comme nous l'avons vu sur l'image du circuit équivalent LM339 ci-dessus, le LM339 utilise un transistor à collecteur ouvert Q8 dans sa sortie, nous devons donc utiliser le Résistance «pull-up» qui est connecté au fil de collecteur Q8 avec le Vcc afin de faire fonctionner ce transistor Q8. Selon la fiche technique LM339, le courant maximum qui pourrait circuler sur ce transistor Q8 (courant de puits de sortie) est d'environ 18 mA. Le V- pourrait être calculé comme suit.
V- = R2.Vcc / (R1 + R2)
L'entrée non inverseuse du comparateur est connectée au potentiomètre 10 K, qui forme également le circuit diviseur de tension où nous pourrions ajuster le départ de tension V + de Vcc jusqu'à 0 volts. Premièrement, lorsque V + est égal à Vcc, la sortie du comparateur bascule vers le haut logique (Vout = Vcc) car le V + est supérieur à V-.
Cela éteindra le transistor Q8 et la LED s'éteindra. Lorsque la tension V + chute en dessous de V-volts, la sortie du comparateur bascule vers le bas logique (Vout = GND) et cela allume le transistor Q8 et la LED s'allume.
En permutant l'entrée analogique, le diviseur de tension R1 et R2 connecté à l'entrée non inverseuse (V +) et le potentiomètre connecté à l'entrée inverseuse (V-), nous obtiendrons le résultat de sortie opposé.
Circuit comparateur inverseur
Encore une fois, en utilisant le principe du diviseur de tension, la tension sur l'entrée non inverseuse (V +) est d'environ V- volts, donc si nous commençons la tension d'entrée inverseuse (V-) à Vcc volts, le V + est inférieur au V-, ce fera passer le transistor Q8 sur ON, la sortie du comparateur basculera vers le bas logique. Lorsque nous ajustons le V- en dessous du V +. Ensuite, le transistor Q8 est désactivé, la sortie du comparateur basculera vers le haut logique car le V + est maintenant supérieur à V- et la LED s'éteindra.
Application du comparateur dans les circuits électroniques pratiques
Le système de surveillance de l'humidité du sol basé sur des réseaux de capteurs sans fil utilisant Arduino
Le système de surveillance de l'humidité du sol basé sur des réseaux de capteurs sans fil utilisant le projet Arduino est conçu pour développer un système d'irrigation automatique qui peut contrôler le fonctionnement de commutation (marche / arrêt) du moteur de la pompe en fonction de la teneur en humidité du sol.
Le système de surveillance de l'humidité
Le capteur d'humidité détecte l'humidité du sol et un signal approprié est donné à la carte Arduino. Le comparateur comparera les signaux de niveau d'humidité avec le signal de référence prédéfini. Ensuite, il enverra un signal au microcontrôleur. Sur la base du signal reçu de l'agencement de détection et du signal du comparateur, la pompe à eau fonctionnera. L'écran LCD est utilisé pour afficher l'état de la teneur en humidité du sol et de la pompe à eau.
Circuit du capteur de rythme cardiaque
Implémentation système de la puce Heartrate Monitor
Capteur de rythme cardiaque HRM-2511E a 4 amplis-op. Le quatrième Opamp est utilisé comme comparateur de tension. Le signal PPG analogique est envoyé à l'entrée positive et l'entrée négative est liée à une tension de référence (VR). L'amplitude de VR peut être réglée n'importe où entre 0 et Vcc via le potentiomètre P2 (illustré ci-dessus). Chaque fois que l'onde d'impulsion PPG dépasse la tension de seuil VR, la sortie du comparateur devient élevée. Ainsi, cet agencement fournit une impulsion numérique de sortie qui est synchronisée avec le rythme cardiaque. La largeur de l'impulsion est également déterminée par la tension de seuil VR.
Circuit d'alarme de fumée
Circuit d'alarme de fumée
Le photodiodes émettent de la lumière qui est détectée par les photo-transistors Q1 et Q2. La région supérieure est scellée et ainsi le point de fonctionnement du transistor Q1 ne change pas. Ce point de fonctionnement sert de référence pour le comparateur. Lorsque la fumée entre dans la région inférieure, le point de fonctionnement du photo-transistor Q2 change, ce qui entraîne un changement de la tension Vin à partir de la valeur de base (pas de fumée) Vin (no_smoke) .Comme l'intensité de la lumière à la base de la photo - le transistor diminue en raison de l'entrée de fumée dans la région, le courant de base diminue et la tension Vin augmente à partir de la valeur de base (pas de fumée) Vin (no_smoke). Lorsque la tension Vin croise Vref la sortie du comparateur bascule de VL à VH déclenchant l'alarme.
J'espère qu'en lisant cet article vous avez acquis quelques notions de base et en travaillant sur le comparateur. Si vous avez des questions sur cet article ou sur le projets électroniques et électriques de dernière année , n'hésitez pas à commenter dans la section ci-dessous. Voici une question pour vous, connaissez-vous des applications de systèmes embarqués dans lesquels l'ampli-op est utilisé comme circuit comparateur?
