Une porte logique en amplificateur

Lorsque l’on trace la caractéristique de transfert d’une porte logique 74HCU04 (U pour unbuffered) on obtient le tracé de la figure 1 dans lequel on constate que la transition entre l’état haut et l’état bas est progressif contrairement à une porte logique inverseuse traditionnelle (74HC04 par exemple). C’est cette caractéristique que l’on va exploiter pour transformer cette porte logique en amplificateur.

Si l’on n’applique aucun signal sur l’entrée E et si l’on connecte une résistance Rp (de polarisation) entre l’entrée et la sortie on obtient une polarisation de la porte logique autour de Vdd/2. En effet comme le courant d’entrée de cette porte logique est nul, la tension aux bornes de Rp est aussi nulle. Dans ces conditions on obtient S=E. En superposant cette équation de fonctionnement sur la caractéristique de transfert on obtient un point de polarisation au centre de cette caractéristique précisément ou celle-ci possède une zone de forte amplification comme l’indique la figure 2.

Afin d’exploiter cette propriété il convient d’appliquer le signal à amplifier sans modifier ce point de polarisation. On utilise pour cela un condensateur de liaison qui ne transmet que la composante alternative et qui permet de conserver en régime continu le potentiel de sortie autour de Vdd/2. On obtient ici un montage amplificateur inverseur très simple à mettre en œuvre comme l’illustre la figure 3.

Ce montage est très utilisé dans les systèmes numériques ou il est très facile de faire la place à une petite porte logique. En rajoutant quelques éléments comme un quartz on obtient alors un oscillateur de Pierce permettant de disposer d’une horloge indispensable au fonctionnement des microcontrôleurs et autres circuits numériques.

Afin d’illustrer le fonctionnement ce montage avec le simulateur LTSpice voici quelques fichiers de simulation prêts à l’emploi que je vous propose ci-dessous :

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