Un comparateur à fenêtre est un dispositif qui ne délivre une tension de sortie que si la tension d'entrée est comprise entre une limite basse et une limite haute.
Dans les schémas, les amplificateurs opérationnels sont supposés idéaux avec une alimentation symétrique (non représentée) entre +11 V et −11 V.
Les tensions de saturation sont +Vsat = 10 V et −Vsat= −10 V.
Circuit 1 :
Ce montage utilise deux comparateurs. Ce sont des amplificateurs opérationnels utilisés en boucle ouverte : Si la tension de l'entrée non-inverseuse est supérieure à celle de l'entrée inverseuse, la tension de sortie est + Vsat. Elle est égale à − Vsat dans le cas contraire.
La tension d'entrée (Ve) est appliquée sur l'entrée inverseuse d'un comparateur et sur l'entrée non-inverseuse de l'autre. Les autres entrées des comparateurs sont reliés à des potentiels continus réglables qui définissent les bornes de la fenêtre.
Le programme impose que le seuil haut (SH) soit toujours supérieur au seuil bas (SB).
Les sorties des comparateurs sont reliées à une porte OU réalisées avec des diodes. La sortie de la porte est reliée à un inverseur. L'ensemble constitue une porte NON-OU.
La tension de sortie n'est non nulle que si SB < Ve < SH.
Circuit 2 :
Ce montage utilise un seul comparateur. Quand D1 est bloquée, les résistances 2R et R constituent un diviseur de tension idéal (DTI). Avec les valeurs indiquées le potentiel de l'entrée + est égal à 4 V.
De même si D2 est bloquée, le potentiel de l'entrée − est égal à 3 V.
Si Ve est nul, D1 est conductrice : V+ = Ve + Vd . (Vd = 0,6 V est la tension de seuil de la diode). D2 est bloquée et V − = 3V :
Donc Vs = −Vsat.
On fait croître Ve. Pour Ve = 2,4 V , V+ = 3V : Le comparateur bascule est Vs = +Vsat.
Pour Ve > 3,4 V, D1 se bloque et V+ = 4 V : Vs reste égal à +Vsat.
Pour Ve > 3,6 V D2 devient passante mais Vs reste égal à +Vsat.
Par contre quand Ve atteint 4,6 V on a V+ = 4V et V − = 4V : Le comparateur bascule est Vs = −Vsat.
Dans ce montage les valeurs des limites de la fenêtre dépendent des valeurs des résistances des DTI et de la tension appliquée à l'entrée de ceux-ci.
Les comparateurs à fenêtre sont très utilisés dans les détecteurs électroniques de rayons X car ils permettent d'éliminer les photons de fluorescence dont l'énergie est différente de celle des photons incidents.
Utilisation.
Le corps des diodes passantes est dessiné en rouge.
Circuit 1 :
Avec la souris, glisser les curseurs pour modifier les valeurs de SH, Ve et SB.
Attention : Le programme impose que le seuil haut (SH) soit toujours supérieur au seuil bas (SB).
Contrôler le fonctionnement du circuit.
Circuit 2 :
Les voltmètres indiquent les valeurs de la tension d'entrée (bleu), de l'entrée non-inverseuse (vert), de l'entrée inverseuse (jaune) et de la sortie (rouge).
Avec la souris, glisser le curseur rouge pour modifier la valeurs de Ve et contrôler le fonctionnement du circuit.