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LB-39 - TECHNIQUES POUR EVITER LES OSCILLATIONS DES COMPARATEURS
National Semiconductor - Linear Brief 39
Auteur : Hooman Hashemi
Publication originale : janvier 1978
Reference Texas Instruments : SNOA860
Ancienne reference National Semiconductor : LB-39 / AN008488
Traduction francaise ElectroCard - EC-LB39-FR

1. OBJECTIF
La LB-39 explique pourquoi un comparateur rapide tel que le LM111 peut osciller au voisinage du point de commutation.
Le probleme apparait surtout lorsque :
- le signal d'entree varie lentement ;
- la source presente une impedance elevee, de 1 kOhm a 100 kOhm ;
- la sortie est couplee capacitivement aux entrees ;
- les composants d'entree ou de decouplage sont trop eloignes du comparateur.

2. BROCHES DE REGLAGE D'OFFSET
Les broches 5 et 6 du LM111 se comportent comme des entrees auxiliaires sensibles aux couplages parasites.
Si elles ne sont pas utilisees, elles doivent etre court-circuitees ensemble.
Avec un potentiometre de reglage, un condensateur C1 de 0,01 uF doit etre place entre les broches 5 et 6.

3. PROTECTION DES ENTREES
Un condensateur C2 compris entre 100 pF et 1 000 pF, place directement entre les entrees, peut ameliorer la proprete de la commutation.
Lorsque la source attaque le comparateur par une resistance Rs, il est recommande d'ajouter sur l'autre entree une resistance Rs' de valeur voisine.
Les resistances bobinees inductives sont a eviter.

4. IMPLANTATION DU CIRCUIT
Les resistances et condensateurs d'entree doivent etre places au plus pres du comparateur.
La sortie doit etre eloignee des entrees et des broches 5 et 6.
Les principales recommandations sont :
- utiliser un plan de masse ;
- placer une piste de garde entre la sortie et les entrees ;
- reduire au minimum la surface des pistes d'entree ;
- entourer les pistes sensibles par du cuivre relie a la masse ;
- placer les condensateurs de decouplage a proximite du LM111 ;
- eviter les liaisons longues, meme avec une resistance de source de seulement 10 kOhm.

5. HYSTERESIS CONVENTIONNELLE
Une reaction positive cree une hysteresis qui empeche les commutations multiples provoquees par le bruit.
Dans la figure 2, la resistance de reaction de 510 kOhm produit environ 3 mV d'hysteresis avec une resistance de source de 100 ohms.
Une estimation simple est :
VH = DeltaVsortie x Rth / (Rreaction + Rth)
Lorsque l'impedance de source devient elevee, il n'est pas raisonnable d'augmenter indefiniment la resistance de reaction. Le montage de la figure 3 peut alors etre utilise.

6. REACTION POSITIVE SUR LA BROCHE 5
La solution la plus originale de la LB-39 consiste a appliquer la reaction positive sur la broche 5 de reglage d'offset.
Elle produit une hysteresis de 1 a 2 mV sans charger l'entree du signal.
Le signal de reaction effectue une excursion d'environ 240 mV aux bornes de la resistance de 82 ohms.
Comme ce signal est centre autour de la tension nominale de la broche 5, il n'ajoute pratiquement pas de tension d'offset au comparateur.
Le potentiometre de 5 kOhm et la resistance de 3 kOhm permettent de compenser jusqu'a 8 mV de tension d'offset.

7. COMPARATEURS CONCERNES
Les recommandations s'appliquent directement aux :
- LM111 ;
- LM211 ;
- LM311 ;
- LF111.
Les principes d'implantation, de decouplage et d'hysteresis restent valables pour les comparateurs rapides modernes, meme lorsque ceux-ci ne possedent pas de broches de reglage d'offset.

8. DISPONIBILITE ACTUELLE
LM111 : encore actif chez TI, mais surtout disponible en versions militaires ou haute fiabilite.
LM211 : toujours actif, notamment dans certaines versions industrielles ou automobiles.
LM311 : toujours fabrique et facilement disponible. Le LM311P en boitier DIP-8 constitue le meilleur choix pratique pour reproduire les montages de la LB-39.
LF111 : obsolete et difficile a trouver. Son entree JFET interdit un remplacement sans verification complete des caracteristiques.

9. CONCLUSION ELECTROCARD
La LB-39 montre qu'un comparateur peut osciller alors que son schema theorique semble parfaitement correct.
La stabilite depend fortement de l'implantation, des capacites parasites, du decouplage et de l'impedance de la source.
La reaction positive appliquee a la broche 5 du LM111 constitue une solution elegante pour obtenir une faible hysteresis sans perturber une entree de forte impedance.
Plus de quarante-cinq ans apres sa publication, cette note reste une excellente reference pratique pour la mise au point des comparateurs rapides.