Article tiré de la revue Electronique
Pratique : n°100 - Janvier 1987. Auteur :
P.Wallerich
Sommaire
: Redresseur rapide demi-période : Redresseur et filtrage à la valeur moyenne
: Redresseur valeur absolue : Redresseur (valeur absolue) … encore ! : Diode sans seuil : Détecteur de crête : Détecteur de crête, suite : Détecteur de crête à constante de temps : Détecteur de zéro simple : Détecteur de zéro, suite : Redresseur avec indication de polarité : LM 324 : TL 074 :
Redresseur rapide demi-période (figure1) : Il faut conséidérer les deux cas : Ve > 0V , et Ve
< 0V. Si Ve > 0V, la sortie de l’AOP monté en inverseur devrait
être –Ve, ce qui oblige D1 à conduire et ramène la sortie de l'ampli op ainsi
que Vs à 0V. Si Ve < 0 V, D1 sera bloquée et, comme R2 = R1, Vs vaudra -
Ve. On redresse donc le signal sur une demi-période seulement. On notera
l'allure des signaux sur les chronogrammes et l'analogie avec la figure
suivante.
Figure
1
Redresseur et filtrage à la valeur moyenne
(figure 2) : La figure présente le schéma et les chronogrammes associés.
De la même manière que précédemment, lorsque Ve > 0 V, première partie de la
sinusoïde, D1 conduit et impose un gain d'environ 0 au premier AOP. Sa sortie
vaut donc 0 V et impose la conduction de D2, R2 ramenant une partie de la
tension Ve. Vs1 vaut donc 0 V. Par le pont diviseur R1, R2 et la
contre-réaction (gain = 3), Vs = Ve. Lorsque Ve < 0
V, D1 est bloquée et D2
conduit. Vs1 = - Ve comme on retrouve le montage inverseur. Deux tensions Ve
par R1 et - Ve par R2 attaquent le second AOP. Le résultat en est Vs = - Ve.
D'où les chronogrammes! Le rôle de C1 est de supprimer la composante continue
du signal d'entrée qui affecterait le résultat et C2 filtrera la sortie pour
en obtenir la valeur moyenne (montage intégrateur).
Figure
2
Redresseur valeur absolue (figure
3) : Toujours avec deux diodes et en continuant sur le principe
de la figure 1, on associe cette fois-ci un soustracteur au premier ampli op
légèrement modifié. Si Ve > 0 V, D2 est bloquée et D1 conduit. V1 = -Ve et
V2 = 0 V. Si Ve < 0 V, c'est l'inverse, D1 est bloquée et D2 conduit. Cette
fois, V1 = 0 V et V2 = -Ve, qui sera un résultat positif car Ve < 0 V. Le
résultat du soustracteur sera V2 – V1, dans les deux cas, soit Vs = - V1 = - (-
Ve) = + Ve pour Ve > 0 V et Vs = V2 = - Ve pour Ve < 0 V. On aura donc un
résultat toujours positif, qui correspond bien à la valeur absolue.
On notera
qu'en inversant les liaisons de V1 et V2 au soustracteur, on aura Vs cette fois
toujours négatif, et qu'une capacité d'isolement de l'entrée n'est plus
nécessaire, autorisant son utilisation en continu !
Figure
3
Redresseur (valeur absolue) … encore ! (figure
4) : Ah, vous avez aussi remarqué une certaine ressemblance avec
le montage précédent. Eh oui, mais ici, les résistances ont des valeurs
différentes et on utilise la dernière remarque en inversant les entrées du
soustracteur. Le principe est le même et Vs vaudra donc - k.Ve. Les résistances
détermineront la valeur de k à : k = (R2/R1)
. (R5/R4). On notera que pour une
réalisation pratique les réglages d’offset des ampli-op seront nécessaires.
Figure
4
Diode sans seuil (figure 5) : En simplifiant au maximum les schémas associés au
redressement, on arrive à créer une diode idéale, c'est-à-dire sans son seuil
de 0,6 V environ (diode de signal). Le montage est un montage suiveur à
condition que la diode conduise, ce qui est le cas si Ve > 0 V. Vs vaut
alors Ve car e = 0 V. Si Ve < 0 V, la diode est bloquée, Vs vaudra 0 V mais
e = Ve !
Ah, plus c'est simple et..., mais il y a une condition: il
faut utiliser un ampli-op qui peut accepter une tension différentielle élevée
(Ue (+) - Ue (-)). Les types LM101 et LM301 conviennent parfaitement. C’est
d’ailleurs cette caractéristique qui déterminera le niveau maximal d’entrée en
Ve.
Figure
5
Détecteur de crête (figure 6) : On ne pourra plus dire qu'en électronique on invente quelque
chose, car on n'arrête pas d'utiliser les mêmes schémas ! Voici que le montage
précédent devient un détecteur de crête simplement en rajoutant un condensateur
! On se rappelle qu'un détecteur de crête est un montage permettant de
mémoriser la tension la plus élevée de celles mesurées en Ve. C sera cette
mémoire. Comme le montage équivaut à une diode parfaite (sans seuil) en série
avec C, elle conduira dès que Ve sera supérieure à la tension aux bornes de C.
Si elle conduit, elle chargera C à cette nouvelle valeur. Si Ve < Vc, la «
diode » sera bloquée et la tension aux bornes de C sera alors inchangée. Ici
encore, une condition : il faut que C se décharge le moins possible, ce qui
nous amène à choisir un modèle à faible courant de fuite et surtout à avoir une
résistance de (dé-)charge (!) la plus élevée possible. Ce qui nous amène au
prochain montage.
Pour l'ampli op, notre choix sera dicté par la protection de
ses entrées, comme souligné pour le montage de la figure 5.
Figure
6
Détecteur de crête, suite (figure 7) : Pour conserver le résultat du montage précédent même avec
une charge en sortie de faible résistance, il suffit de lui adjoindre un second
amplificateur opérationnel monté en suiveur. On se servira de même du signal de
sortie réinjecté dans le premier AOP, comme on l'a fait sur la figure, pour
réduire au maximum le courant dérivé.
Le second ampli-op monté en suiveur devra
avoir un faible courant de polarisation des entrées, comme c'est le cas pour
ceux à entrées FET (LF356, TL081, ...).
Figure
7
Détecteur de crête à constante de temps (figure 8) : Encore une variante du montage précédent ! Cette fois, une
résistance R permet une décharge de la capacité C en un temps donné, d'où la
constante de temps. On notera le circuit Rp avec les deux diodes qui protégera
les entrées du premier AOP contre les différences de potentiel trop élevées
entre les deux entrées (+) et (-) et évitera le problème des entrées différentielles
de niveau élevé. Dans ce cas, le choix de cet ampli op est facilité !
Figure
8
Détecteur de zéro simple (figure 9) : Voici le plus simple des détecteurs de 0 V associant un
ampli op. L'entrée (-) et référencée à la masse, donc au 0 V. Ainsi si l'entrée
(+) est supérieure à 0 V, la sortie passera à +Vsat, et -Vsat dans le cas
contraire. On rappelle que Vsat correspond à la tension de la sortie « en
saturation », et est proche de Vcc. Les graphes présentent le résultat. Si vous
désirez obtenir l'inverse, il suffira d'inverser les entrées (+) et (-) de
l'ampli op. On notera que la détection du zéro correspond à un front et non à
un état !
La précision du zéro détecté sera celle de la tension Ve (+) - Ve (-)
minimale, soit Vsat divisé par le gain de l'AOP, et il sera aussi nécessaire
d'intervenir sur le réglage d'offset.
Il faudra choisir l'ampli op avec soin,
car il devra autoriser une tension d'entrée différentielle élevée, comme pour
la figure 5.
Figure
9
Détecteur de zéro, suite (figure 10) : Sur ce montage, le réseau associé va permettre une
modification du gain selon l'amplitude du signal d'entrée. C'est la résistance
dynamique de conduction des diodes qui fera varier le gain, du minimum (1) pour
l'amplitude maximale, au gain maximum pour une amplitude proche de zéro, les
diodes étant alors bloquées et leur résistance dynamique maximale.
Cette fois,
il n'y aura pas de restriction sur le choix de l'AOP.
Figure
10
Redresseur avec indication de polarité (figure 11) : Ce montage permettra d'obtenir un signal de sortie redressé
(positif) et d'indiquer le signe du signal d'entrée, comme c'est le cas pour
les multimètres. Le principe est simple : un redresseur associé à un détecteur
de zéro. Rpl protégera l'AOP détecteur de zéro. Le redresseur utilise un
commutateur à diodes pour obtenir en sortie la valeur absolue du signal
d'entrée. L'ajustable permettra d'ajuster le mode commun pour obtenir ce
résultat.
Ce réglage permettra au second ampli-op de se placer en
suiveur ou en inverseur selon les diodes qui conduisent. Trois 741 peuvent très
bien convenir pour ce montage.
Voilà passés en revue la plupart des montages associés au
redressement et la détection de zéro. Nous finissons ce chapitre avec les
caractéristiques du LM324, quadruple ampli opérationnel ainsi que le
TL074, en version FET.
Figure
11
LM 324 : - Faible courant de polarisation
: 45 nA. - Faible tension d'offset : 2 mV. - Gain en continu: 100 dB (5 V) 200 dB. - Impédance d'entrée Slew rate: 0,25 V/us. - Bande passante: I MHz. - Consommation (du boîtier)
: 800 MA/+ 5 V. - Tension d'alim. max. : + 3 à + 30 V (± 1,5 V à ± 15 V). - Protection permanente contre les courts-circuits. - Alimentation double facultative. - Economique.
TL 074 : - Très faible courant d'offset :
5 pA. - Faible tension d'offset : 3 mV. - Gain en continu : 200 000. - Taux de réfection mode commun : 86 dB. - Impédance d'entrée : 10e12 ohms. - Slew rate
: 13 V/us. - Bande passante: 3 MHz. - Consommation: 20 mA max. - Tension d'alun. max. : ± 18 V. - Tension d'entrée diff. max.: ± 30 V. - Tension d'entrée max. : ± 15 V. - Protection permanente contre les courts-circuits. - Types courants: TL 074, TL 074 A, TL 074 B.
NOTE: Remerciement à N.S. Linear Data Book Applications
Auteur :
P.Wallerich Article tiré de la revue Electronique
Pratique : n°100 - Janvier 1987
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