Article tiré de la revue
Electronique Pratique d'octobre 1990, page 119. Auteur : P.Wallerich.
Sommaire
:
Réglage
d'offset "intégré" Réglage
d'offset "externe" Manipulation Résultats
de mesure Caractéristiques
des circuits
Réglage
d’offset « intégré » :
Tension
d'offset :
Si
l'amplificateur linéaire (741 , LF356, TL081...) dispose de bornes de réglage
de zéro (« offset »), il suffit d'y connecter un potentiomètre
(figure
1.a)
pour assurer le
réglage (câblage et valeur de Po et de U définis selon le circuit conformément
à la documentation constructeur).
Figure
1.a
Le schéma équivalent
(figure
1.b)
simplifié permet de quantifier
l'erreur introduite par l'offset sur le montage inverseur. Ainsi, Vd n'est plus
nul et vaut Voff, tension d'offset de l'AOP, dont le maximum est défini en
valeur absolue, dans ses caractéristiques (ex. -7,5mV à +7,5mV pour le 741).
Pour le montage inverseur, on obtient donc : Vs = -(R2/R1).Ve+Voff.(1 +
(R2/R1).
On remarque l'influence de l'offset sur la sortie Vs, liée au rapport R2/Rl,
non négligeable si Ve est faible ou si l'amplification R2/R1 est élevée. Dans
ce dernier cas, l'AOP peut être en saturation, même avec Ve = 0V.
Figure
1.b
Exemple
: le 741 a un offset maximal de ±7,5 mV et on choisit un montage inverseur
d'amplification 100 (R2/Rl=100). II y aura une tension continue superposée, due
à l'offset, de valeur maximale ±Voff. 100, soit ±0,75V environ. Si
l'amplification vaut 2000 et V=15V (alimentation), la sortie sera proche de la
saturation (offset maximal).
En
agissant sur Po, on modifie la polarisation interne de l'AOP qui permet de
compenser directement Voff et de retrouver Vs/Ve=-R2/R1. On utilise de
préférence un ajustable multitour pour Po afin d'affiner le réglage. La
résistance R, qui permet une compensation des courants d'offset, sera alors
câblé, bien que facultatif.
Courant
d'offset : Complément
apporté par Loulou le 29.11.2002.
Merci beaucoup.
Tout
aussi important, le
courant d'offset
peut-être minimisé en choisisant
une résistance R
(entrée non -inverseuse) telle
que R
= R1//R1.
Ainsi, le courant d'offset crée
dans les résistances
R
et R1//R2
des
tensions égales dont l'influence
s'annule.
Ce phénomène de
courant d'offset
est souvent plus
gênant
que la tension
d'offset proprement
dite surtout si
R1//R2 est élevée.
Pour
compenser
le courant d'offset, la première
approche sera de choisir en priorité
la résistance R
égale
à
l'équivalent
de toutes les résistances aboutissant
à l'entrée inverseuse
en
supposant l'entrée et la sortie
du montage en court circuit (à
la masse). Si
cela ne suffit pas, on pourra envisager
une compensation de la tension d'offset
et de la différence des courants
d'offset qui elle aussi à son
importance.
Réglage
d’offset « externe » :
Tension
d'offset :
Cependant
il y a beaucoup d'AOP qui ne disposent pas de compensation d'offset, afin
d'intégrer plusieurs AOP dans un même boîtier. On doit alors recourir à un
réglage "externe", en superposant au signal Ve une tension continue qui permet
d'annuler le décalage de tension en sortie.
Figure
2.a
On
obtient d'après la figure
2.a
:
-Ve
. R2 / Rl – Vo . R2 / Ro + Voff
( 1 + R2 / Rl + R2 / Ro ).
Pour obtenir Vs
= - Ve . R2 / R1, on agit sur Vo et Ro pour
satisfaire l'équation :
-
Vo . R2 / Ro + Voff
( 1 + R2 / R1 + R2 / Ro) = 0.
On obtient une
relation sur Vo, soit Vo = Voff
( Ro / R2 + Ro / R1 + 1) ou sur Ro, soit Ro = ((
Vo +
Voff ) / Voff ) . ( R1 // R2 ). L'ordre de grandeur de Vo est défini par le montage, soit
±V en figure
2a et ± 0,6 V environ en figure
2b. II suffit donc de déterminer Ro d'après
l'équation.
Figure
2.b
Exemple
: alimentation symétrique V=15V, montage en
figure
2a avec 741 (offset ± 7,5 mV) et
Rl=1k et R2=200k. II faut choisir Ro=2M. On choisit une résistance de valeur
juste inférieure pour garantir le réglage, soit 1,8 M. Pour le montage
en figure
2b,
Ro=68 k convient.
Remarque
: la valeur de Po devra être inférieure à Ro pour être négligée dans le calcul
de Ro. Le montage
figure
2b avec un ajustable monotour permet un réglage aussi fin
que le montage figure 2a avec un ajustable multitour.
Courant
d'offset : Complément
apporté par Loulou le 29.11.2002.
Merci beaucoup.
Tout
aussi important, le
courant d'offset
peut-être minimisé en choisisant
une résistance R
(entrée non -inverseuse) telle
que R
= R1//R1.
Ainsi, le courant d'offset crée
dans les résistances
R
et R1//R2
des
tensions égales dont l'influence
s'annule.
Ce phénomène de
courant d'offset
est souvent plus
gênant
que la tension
d'offset proprement
dite surtout si
R1//R2 est élevée.
Pour
compenser
le courant d'offset, la première
approche sera de choisir en priorité
la résistance R
égale
à
l'équivalent
de toutes les résistances aboutissant
à l'entrée inverseuse
en
supposant l'entrée et la sortie
du montage en court circuit (à
la masse). Si
cela ne suffit pas, on pourra envisager
une compensation de la tension d'offset
et de la différence des courants
d'offset qui elle aussi à son
importance.
Manipulation :
La
figure 3 présente le montage comme un bloc, associé aux éléments nécessaires à
la manipulation. II faut d'abord câbler le montage inverseur conformément aux
figures 1.a et 2.a, selon l'amplification A désirée et le type d'AOP choisi (qui
définit U et Po en figure 1.a.
Figure
3
L'entrée
est court-circuitée (Ve = 0V), la sortie connectée à un voltmètre et le montage
alimenté en ±12V. Décâblez la connexion centrale de Po et constatez que la
tension de sortie est non nulle. Si R2 est ajustable, vous verrez cette
amplitude augmenter avec la valeur de R2. Recâblez Po. La tension affichée par
le voltmètre varie autour du 0V et il vous est possible d'ajuster Vs à 0V, en
agissant sur Po.
Si
vous appliquez une tension continue Ve, vous retrouvez en sortie une
amplification linéaire, soit Vs=-A.Ve. Si R2 varie,l'amplification varie, mais
le réglage du zéro très peu. Pour vous convaincre de l'influence de l'offset,
fixez Ve à une valeur différente de 0V, soit Vl, et constatez qu'en
déconnectant Po la tension de sortie V2 =
- A . V1 est modifiée et comporte une
erreur dont vous pouvez quantifier l'amplitude.
Si
Ve est une tension variable (signal sinusoïdal, BF...), l'offset rajoute une
composante continue en sortie qui s'annule également par Po. Vous pouvez le
vérifier en remplaçant le voltmètre par l'oscilloscope et en utilisant un
générateur BF pour Ve. L'amplitude de Ve sera choisie pour éviter la saturation
(figure 4.d) et la fréquence sera par exemple 1 kHz.
Figure
4.d
Le
réglage d'offset est nécessaire quand l'amplification nécessite une certaine
précision ou quand les signaux d'entrée sont faibles. Si le signal Ve est un
signal variable (BF), on peut se passer de réglage d'offset en observant
certains précautions, lors de la conception du montage. Si l'AOP fonctionne en
saturation, le réglage est inutile, mais on s'intéressera à ce fonctionnement
en commutation bien plus tard.
Résultats
de mesure :
La
figure 4.a traduit sous forme de graphe la relation entre Vs et Ve qui a été
relevée. La droite en gras correspond au réglage d'offset, les droites en
pointillé indiquent les limites d'offset. Pour la tension continue Vl en
entrée, on obtient la valeur V2 =
- A . Vl (réglage d'offset correct), mais il peut
y avoir l'erreur indiquée sur la figure
4.a. Ce graphe peut être relevé point par
point, donc par mesures successives avec voltmètre, et tracé par extrapolation,
mais on peut le visualiser directement sur l'oscilloscope en mode XY (voies X
en Ve, voie Y en Vs) en connectant en Ve un générateur BF (signal triangulaire,
F < 1 kHz).
Figure
4.a
La
figure 4.b rappelle que l'amplification est aussi limitée par la saturation de
l'étage de sortie de l'AOP. La relation V2=-A.V1 n'est alors plus valable. II
faut définir l'amplitude de Ve ou l'amplification pour éviter de fonctionner
dans ces deux zones non linéaires. La tension maximale disponible à la limite
de la saturation est déduite des caractéristiques de l'AOP, de l'alimentation V
et de la charge RL en sortie. Ainsi un TL081 aura une chute maximale de 3V dans
une charge en sortie de plus de 10 k (Vsat max=3V si RL>10 k), dont si
V=12V, la tension de sortie maximale sera d'environ ± 9V.
Figure
4.b
Les
figures 4.c et 4.d précisent les mêmes constatations mais avec des signaux variables
(sinusoïdaux). En figure
4.c, sans réglage d'offset, il y a une composante continue
superposée (aisément supprimable par une liaison capacitive). En figure
4.d, l'allure
du signal en saturation : le chronogramme de Vs est écrêté. Un tel signal est à
éviter si l'amplificateur fonctionne en linéaire, car la distorsion est
importante.
Figure
4.c
Figure
4.d
Caractéristiques
des circuits :
Voici
la fiche technique figure 5.a
des paramètres les plus importants des circuits :
l'alimentation (symétrique) maximale V, les tensions maximales applicables aux
entrées et entre ces entrées (Ve, Vd), les courants de polarisation Ie, la
bande passante Fm, l'amplification Vs/Vd garantie (donc sa valeur minimale !),
les courants d'alimentation Icc (en +V et -V)... La série TL08x est la version
standard ; elle a été améliorée en diminuant la consommation (série TL06x) ou
le bruit et la distorsion (série TL07x). Ils sont tous protégés contre les
courts-circuits de durée illimitée en sortie.
|
TLO61,
2, 4
|
TL071,
2, 4
|
TL081,
2, 4
|
V
Max
|
18V
|
VD
Max
|
± 30V
|
VE
Max
|
± 15V
|
Offset
Max
|
<
9mV
|
<
8mV
|
<
9mV
|
IE
|
<
20 nA
|
<
7 nA
|
<
20 nA
|
RE
|
10
e12 ohms typique
|
Bande
passante
|
1MHz
typ
|
3MHz
typ
|
Slew
rate
|
>
1,5V/µs
|
>
8V/µs (13V/µs
typ)
|
ICC
|
<
250µA
|
<
2,5mA
|
<
2,8mA
|
Vsat
|
5V
si RL >= 10kohms
|
3V
si RL > 10kohms
|
Amin
|
4000
|
25000
|
Ffigure
5.a
Le
suffixe 1 ,2 ou 4 des références précise le nombre d'AOP dans le même boîtier,
d'où les trois types de brochages. Seul les circuits TLOx1 permettent le
réglage du zéro « intégré » (broches 1 et 5; la figure 5.b
indique le
câblage et la valeur de Po). Consultez la « data sheet » pour plus de détails
(Texas Instruments).
Figure
5.b
Les
circuits les plus couramment utilisés, parmi ceux proposés, sont les TL082 et
TL074 aussi n'hésitez pas à refaire toutes les manipulations avec ces circuits.
Nota : les circuits de la série TL0xx ne fonctionnent plus correctement
quand la tension d'alimentation trop faible (alimentation symétrique minimale
V=3V).
Article tiré de la revue
Electronique Pratique d'octobre 1990, page 119. Auteur : P.Wallerich.
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