Comment utiliser un transistor comme comparateur de tension ?

Utiliser un transistor comme comparateur de tension implique d’exploiter sa capacité à basculer entre deux états en fonction du niveau de tension d’entrée. Les transistors, en particulier les transistors à jonction bipolaire (BJT), peuvent être configurés pour fonctionner comme comparateur en configurant un circuit qui compare les tensions d’entrée et produit une sortie haute ou basse en fonction de leurs valeurs relatives. Voici un guide détaillé sur la façon d’utiliser un transistor comme comparateur de tension :

1. Sélection du transistor :

Choisissez un BJT :
- Pour cette application, un BJT NPN (négatif-positif-négatif) ou PNP (positif-négatif-positif) commun peut être utilisé. Les transistors NPN sont souvent utilisés pour des raisons de simplicité.

2. Comprendre le fonctionnement du comparateur :

Fonctionnement de base du comparateur :
- Un transistor, lorsqu’il est utilisé comme comparateur, fonctionne soit dans un état de coupure, soit dans un état de saturation. La tension de seuil est définie pour déterminer le moment où le transistor bascule entre ces états en fonction de la tension d’entrée.
Seuil de tension :
- Établissez un seuil de tension qui définit le point auquel le transistor change d’état. Cette tension de seuil est généralement définie à l’aide d’une tension de référence.

3. Configuration du circuit :

Configuration de l’émetteur commun (NPN) :
- La configuration d’émetteur commune est couramment utilisée pour les comparateurs de tension dotés de transistors NPN. La tension d’entrée est appliquée à la base et la sortie est extraite du collecteur.
Configuration du collecteur commun (PNP) :
- Pour les transistors PNP, la configuration du collecteur commun est souvent utilisée.

4. Composants requis :

Transistor (NPN ou PNP) :
- Sélectionnez le transistor approprié en fonction de la configuration.
Résistances :
- Incluez des résistances pour définir la tension de référence (polarisation) et pour limiter le courant circulant à travers le transistor.
Composants d’entrée et de sortie :
- Inclure des composants pour fournir des tensions d’entrée et extraire le signal de sortie.

5. Configuration du comparateur :

Tension de référence (Vref) :
- Établissez une tension de référence stable à l’aide d’un réseau diviseur de résistances ou d’un circuit intégré de référence de tension dédié. Cette tension définit le seuil du comparateur.
Tension d’entrée (Vin) :
- Appliquez la tension d’entrée (Vin) à la base du transistor. Cette tension est comparée à la tension de référence.
Résistance d’émetteur (Re) :
- Inclure une résistance d’émetteur (Re) pour stabiliser la polarisation du transistor.

6. Position du transistor :

Biais de base :
- Utilisez un réseau de résistances pour polariser la base du transistor de manière appropriée. Cela garantit un bon fonctionnement dans la région active.
Biais des collectionneurs :
- Mettre en place des résistances de collecteur pour stabiliser la tension du collecteur.

7. Étape de sortie :

Configuration de sortie :
- En fonction de l’application, la sortie peut provenir du collecteur ou de l’émetteur. Le collecteur est souvent utilisé pour les applications à haute impédance, tandis que l’émetteur est utilisé pour les applications à faible impédance.
Résistance à la charge :
- Si la sortie provient du collecteur, incluez une résistance de charge en série avec le collecteur à la tension d’alimentation.

8. Détermination des États de comparaison :

État limite :
- Lorsque la tension d’entrée est inférieure à la tension de référence, le transistor est polarisé dans l’état de coupure et la sortie est dans un état haut.
État de saturation :
- Lorsque la tension d’entrée dépasse la tension de référence, le transistor entre dans l’état de saturation et la sortie passe au niveau bas.

9. Hystérésis (facultatif) :

Ajout d’une hystérésis :
- Pour éviter une commutation rapide autour de la tension de seuil, une hystérésis peut être introduite. Ceci est réalisé en ajoutant une rétroaction positive via des résistances supplémentaires.

10. Tests et étalonnage :

Vérification :
- Testez le circuit comparateur avec différentes tensions d’entrée pour vous assurer qu’il change d’état correctement.
Ajustement :
- Si nécessaire, affinez les composants de polarisation ou la tension de référence pour obtenir le seuil et les caractéristiques de réponse souhaités.

11. Applications :

Surveillance de la tension :
- Les comparateurs de tension sont couramment utilisés dans les applications où un système doit réagir aux changements de niveaux de tension.
Conditionnement du signal :
- Les comparateurs à transistors sont utilisés dans les circuits de conditionnement de signaux pour ajuster les niveaux de signal en fonction de seuils prédéfinis.

12. Considérations :

Stabilité de la température :
- Prenez en compte la dépendance à la température des paramètres des transistors et concevez le circuit pour des performances stables malgré les variations de température.
Tension d’alimentation :
- Assurez-vous que la tension d’alimentation offre une marge suffisante pour que le transistor puisse fonctionner dans le mode souhaité.

13. Conclusion :

L’utilisation d’un transistor comme comparateur de tension implique une conception minutieuse du circuit, une sélection des composants et un étalonnage pour obtenir des comparaisons fiables et précises entre les tensions d’entrée. En configurant le transistor dans un agencement de polarisation spécifique, il peut basculer efficacement entre différents états en fonction des valeurs relatives des tensions d’entrée et de référence, ce qui en fait un composant polyvalent dans diverses applications électroniques.