Circuit comparateur de tension : construction et test avec un double amplificateur opérationnel

Introduction

Un comparateur de tension est un bloc fondamental de l'électronique analogique, permettant à un circuit de décider laquelle de deux tensions d'entrée est la plus élevée. Dans ce tutoriel, vous construirez un comparateur simple et pratique en utilisant un seul amplificateur opérationnel double, observerez le résultat avec une LED, et explorerez des applications pratiques telles que les alarmes de vitesse du vent.

Composants et matériel

• Amplificateur opérationnel : modèle 1458 ou 353 (Radio Shack catalogue # 276‑038 / 900‑6298) — un double AO en boîtier DIP 8 broches.
• Trois piles 6 V (fournit des rails d'alimentation de 0 V à +18 V).
• Deux potentiomètres à taper linéaire de 10 kΩ (Radio Shack # 271‑1715).
• 1 × LED (Radio Shack # 276‑026 ou équivalent).
• 1 × résistance de 330 Ω.
• 1 × résistance de 470 Ω.

L'utilisation d'un double AO est une bonne pratique même si votre conception n'a besoin que d'un seul canal. Cela économise des composants et garde votre kit de laboratoire flexible pour de futurs projets.

Références croisées

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, chapitre 8 : « Amplificateurs opérationnels »

Objectifs d'apprentissage

• Comprendre comment un AO fonctionne comme comparateur de tension.
• Construire un circuit comparateur et valider son fonctionnement visuellement avec une LED.
• Explorer des scénarios réels où les comparateurs sont essentiels.

Schéma électrique

Illustration

Fonctionnement du comparateur

La sortie de l'AO sature soit près de l'alimentation positive (+18 V), soit près de la masse (0 V). Lorsque l'entrée non-inversante (+) reçoit une tension plus élevée que l'entrée inversante (−), la sortie passe à l'état haut, allumant la LED. Si l'entrée inversante est plus élevée, la sortie passe à l'état bas et la LED s'éteint.

Pour une analyse plus approfondie, connectez des voltmètres aux deux bornes d'entrée (référencées à la masse). Vous verrez les valeurs numériques changer lorsque vous tournez les potentiomètres, correspondant à l'état marche/arrêt de la LED.

Exemple d'application pratique

Imaginez un anémomètre qui convertit la vitesse du vent en une tension proportionnelle. En injectant ce signal sur l'entrée non-inversante et une tension de référence fixe sur l'entrée inversante, le comparateur peut déclencher une alarme de vent fort lorsque la vitesse dépasse un seuil défini.

Feuille de travail associée

• Feuille de travail : Circuits AO en boucle ouverte