Éviter la dérive sur un intégrateur AOP

[minuscheri]

Bonjour,

En plein TIPE, j'ai monté un intégrateur avec un AOP qui me sert à acquérir la force exercée sur une cellule piézoélectrique. Tout fonctionne à merveille : les pressions exercées sur la cellule se retrouvent à l'écran de l'oscilloscope (la tension de sortie du montage passe de 0V à -quelquesV (proportionnel à la force exercée), puis retourne à 0V quand je n'appuie plus). Le seul problème est une dérive en tension qui fait qu'au lieu de revenir gentiment à 0V, il prend, à chaque fois que je relâche la pression, un petit peu de tension, et au fur et à mesure la tension de sortie sans aucune pression sur la cellule n'est plus du tout à 0V mais quelques V, et augmente sans cesse ...
L'AOP utilisé est un 741. Est-ce que ce phénomène est dû à l'offset, que je peux compenser via un potentiomètre branché sur les pattes ad hoc du composant ? Ou alors faut-il envisager une autre solution ?
Le montage utilisé est un intégrateur tout ce qu'il y a de plus classique.

Merci de votre aide,
minuscheri
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[Jack]

Je pense qu'il faudrait commencer à remplacer l'ancêtre 741. Ensuite, il faut limiter le gain statique en mettant une résistance en parallèle avec la capa de l'intégrateur. Pour la valeur, il faudrait voir ton montage, c'est fonction de la résistance d'entrée.

A+

[PA5CAL]

Bonjour

S'il s'agit d'un intégrateur pratiquement parfait, alors sa dérive est inévitable.

Changer de type d'AOP permettrait peut-être d'atténuer le phénomène (s'il est dû au courant d'entrée, à la tension d'offset ou au slew rate, notamment), mais sans que cela puisse régler définitivement le problème compte tenu de toutes les causes possibles, intérieures ou extérieures.

Il faut donc faire avec, et éliminer la dérive d'une façon qui reste compatible avec l'usage de l'appareil, par exemple en déchargeant le condensateur de l'intégrateur de façon périodique (à un moment ou la tension de sortie est censée être nulle) ou en permanence au travers d'une résistance de forte valeur (et dans ce cas l'intégrateur ne peut plus être considéré comme parfait pour des durées importantes).

Il est important de connaître les performances attendues pour choisir comment régler le problème.

[minuscheri]

Bonjour,

Merci de ces réponses rapides !
Le condensateur est un tantale de 1uF, la résistance en parallèle avec lui fait 1Mohm (on avait besoin d'une constante de temps très longue pour pouvoir acquérir un signal sur une durée de quelques secondes). Le remplacement par des TL081 est-il souhaitable ? Est-ce que l'ajout d'un potentiomètre d'annulation de l'offset comme indiqué dans la datasheet du 741 permet de réduire la dérive ?
Pour le court-circuit du condensateur, un 555 qui commanderait périodiquement un transistor aux bornes du condensateur serait-il un bon circuit de 'reset' ?

A bientôt,

minuscheri

[A voir en vidéo sur Futura]

[gcortex]

qq secondes -> 10M-ohm
tantale = polarisé !!!!
ok pour TL082

[minuscheri]

Bonjour,

En effet, mais la polarisation du condensateur ne semble pas avoir posé de problème pendant l'expérimentation ... Peut-elle justifier une certaine dérive ou tout autre problème ? C'est la seule solution que nous ayons trouvée pour obtenir de fortes capacités ... Utiliser un électrolytique me fait un peu peur aussi à cause du fait qu'il est polarisé !

A bientôt,
minuscheri

[jiherve]

Bonsoir,
1µF cela existe en céramique, et jusqu'à plusieures dizaines de µF.
Ceci dit le seul moyen d'empêcher la dérive d'un intégrateur c'est de choisir un ampli ayant un courant d'entrée le plus faible possible et de le remettre à zéro de façon cyclique, c'est ce que l'on fait chez les gens sérieux!
JR

[minuscheri]

Bonjour,
Je vois ... Alors pour le circuit de reset est-ce que ce à quoi j'avais pensé est viable ? ou faut-il carrément éteindre les alimentations de l'AOP ?
minuscheri

[PA5CAL]

En coupant l'alimentation de l'AOP, on obtient n'importe quoi.

Le système de décharge directe par un transistor est efficace, mais il risque d'introduire lui-même une fuite de courant lors du fonctionnement normal de l'intégrateur.

Selon la performance recherchée, il peut être dans certains cas préférable de piloter l'AOP par l'autre entrée de sorte que ce soit lui qui décharge le condensateur.

[minuscheri]

Bonjour,

S'agit-il de commander l'AOP via l'entrée non inverseuse, normalement à la masse dans mon montage ?

minuscheri

[PA5CAL]

S'agit-il de commander l'AOP via l'entrée non inverseuse, normalement à la masse dans mon montage ?

Oui, par exemple. C'est l'une des solutions envisageables.

[PA5CAL]

Toutefois, je pense que le fait d'utiliser un montage à AOP courant pour réaliser ton intégrateur introduit déjà une erreur importante, et qu'avant de s'intéresser à perfectionner le système de décharge, tu devrais te pencher sur la réduction de la dérive, comme notamment:
- utiliser un AOP rapide à FET (TL081 par exemple),
- faire un réglage de la tension d'offset (compensé en température de préférence)
- utiliser éventuellement un montage un peu plus complexe capable de compenser le manque de réactivité de l'AOP ("intégration retardée")
...

La fuite que représente un transistor court-circuitant le condensateur ne deviendra problématique que lorsque tu auras réglé l'essentiel du problème principal.

.

[Jack]

Au fait, quel est le type signal généré par la cellule piezo?

A+

[minuscheri]

Bonjour,
Merci pour les réponses diverses ! Les TL081 arrivent bientôt, je les implanterai dès que je les recevrai. Je monte également un correcteur d'offset sur mes intégrateurs, on verra à l'expérimentation ce que ça donne.

Le signal généré par les piézo est un pic suivi d'une décharge exponentielle, qui est proportionnel aux changements de la valeur de la force exercée sur la cellule. Il faut intégrer ce signal pour obtenir la valeur de la force.

minuscheri

[minuscheri]

Bonjour,

Voici un schéma avec reset sur l'entrée + ... Le montage à 555 est un astable de fréquence 1.5Hz et duty cycle 98.5%. La commande du transistor est peut-être un peu brutale, il faudrait sûrement que je mette une résistance ou un pont diviseur pour limiter la tension à la base (d'après la datasheet il supporte 5V max Vebo).

minuscheri

[jiherve]

Bonsoir,
c'est censé faire quoi ce montage ?
Pour un intégrateur pas de 741, je présume qu'ici c'est parce que tu n'as pas de modèle de TL082 , charge Tina TI!
Le reset c'est un transistor ou mieux un switch JFET type DGxx en // sur la capa.
JR

[louloute/Qc]

Le reset c'est un transistor ou mieux un switch JFET type DGxx en // sur la capa.
JR

... ou une 4066, excellent pour ça!

[PA5CAL]

Voici un schéma avec reset sur l'entrée + ... Le montage à 555 est un astable de fréquence 1.5Hz et duty cycle 98.5%.

Hum...

Normalement, on ne câble jamais l'entrée d'un AOP comme ça.

Si l'on veut pouvoir réinitialiser l'intégrateur par l'entrée +, le schéma est de toute manière un peu plus complexe.

De plus, j'imagine mal l'utilité du système si l'on procède à cette réinitialisation plus d'une fois par seconde.

D'ailleurs on ne sait pas encore au juste à quoi cet appareil va servir. Ça aiderait un peu, pour trouver la méthode la mieux adaptée pour lutter contre la dérive.

[jiherve]

Bonjour,

... ou une 4066, excellent pour ça!

Oui si l'intégrateur travaille dans une plage compatible avec celle du 4066, l'avantage des DGxx c'est d'encaisser à peut près la plage usuelle de tension d'alim des AOP +- 15v, les courants de fuites sont aussi plus faibles et d'avoir une commande TTL dans tous les cas.
JR

[Antoane]

Bonjour,

Selon la performance recherchée, il peut être dans certains cas préférable de piloter l'AOP par l'autre entrée de sorte que ce soit lui qui décharge le condensateur.

Comment ?
Merci

[minuscheri]

Bonjour,

D'ailleurs on ne sait pas encore au juste à quoi cet appareil va servir. Ça aiderait un peu, pour trouver la méthode la mieux adaptée pour lutter contre la dérive.

L'idée est en fait de réaliser un accéléromètre, en utilisant des céramiques piézo pour l'acquisition de l'accélération. C'est vrai que l'obligation de remettre à zéro l'intégrateur pose un problème si le reset intervient trop souvent. Avec certaines valeurs de capa et de résistances je peux par exemple avec un 555 descendre à 0.3Hz ou quelque chose d'approchant, qui me convient amplement. Combien de temps faut-il que je court-circuite mon tantale de 1uF pour qu'il ait le temps de se décharger ?

Pour piloter le DG411 par exemple, un montage à base de 555 est-il adapté ou faut-il utiliser un autre composant ? Puis-je directement brancher la sortie du 555 sur l'entrée du DG411 ?

Merci de votre aide,
minuscheri

[jiherve]

Bonsoir,
oui si le 555 est alimenté en 5V et VL(DG411) = 5V, en fait cela fonctionnera aussi avec d'autres valeurs mais il vaut mieux rester dans les valeurs de la datasheet.
Et remplace ta tantale par une céramique, 1 µF céramique cela se trouve partout.
La valeur est tout de même balaise pour l'application!
JR

[minuscheri]

bonjour,

La valeur est tout de même balaise pour l'application!

En effet, mais nous avions vraiment besoin d'une constante de temps de l'ordre de la seconde au moins ... D'où le choix du couple 1uF/1Mohm ... Est-ce un mauvais choix ?

minuscheri

[jiherve]

e
Tout dépend de ce que tu comptes mesurer, si la bonne constante de temps est celle là alors rien à dire.
JR

[minuscheri]

Bonsoir,

La durée d'une acquisition peut facilement atteindre la seconde, ce qui semble déjà limite avec une constante de temps de 1s. Mais au-dessus ça devient carrément de la folie comme constante !

Quid du temps de décharge du condensateur ? Est-elle 'instantanée' ? La datasheet du DG411 indique une résistance ON maxi de 35ohm, ce qui me donne une décharge qui durerait 205 microsecondes (A ce que j'ai compris il faut prendre 5 fois la constante de temps du circuit RC formé, soit 5*35ohm*1uF) non ? Si je prends en compte la résistance de 1Mohm en parallèle ça augmente un peu

Bonne soirée,
minuscheri

[jiherve]

Bonsoir,
non la décharge n'est pas instantanée et le Ron fait qu'il existe un offset si la tension d'entrée n'est pas nulle , l'ampli fonctionne en linéaire avec un gain trés faible.
Il faudrait ouvrir l'entrée au moment du reset, donc placer un switch du DG en série avec la 1Mohm et un en // avec la capa , les commandes seront complémentaires.
Il peut aussi y avoir une injection de charge par le switch mais vu la capa d'intégration cela restera très faible.
Bien sur il faut faire la mesure de la tension intégrée avant la remise à zéro.
Tu pourrais t'inspirer de ce qui se fait pour les convertisseurs AD double rampe (dual slope).
JR

[minuscheri]

Bonsoir,

Merci de ton aide ! Tout ceci devrait nous permettre de bien avancer ! Et en plus j'ai appris un truc sur les voltmètres et les AD dual slope

Bonne soirée,
minuscheri

[jiherve]

Re
Nous restons à ton écoute.
Bon courage.
JR

[Oyenmon]

Bonsoir,

Je suis étudiant en prépa et devant faire un TIPE, je me suis aussi interessé à l'effet piézoélectrique.
Pour mesurer la constante de charge, noté d, du cristal piézoélectrique que je possède, j'ai mesuré la tension aux bornes d'un condensateur (céramique 22nF) branché en parallèle du cristal, pour ainsi obtenir la charge délivrée par le cristal car la caractériqtique d'un condensateur est U*C=q avec q la charge électrique (en Coulombs), U la tension électrique (en Volt) et C la capacité du condensateur (en Fara) et d=q/F avec F l'intensité de la Force (en Newton) appliquée sur le piézoélectrique.
Cependant je me suis apperçu lors de mon expérience avec des masses entre 10g et 200g (je n'ai pas essayé plus) sur le cristal que j'avais un dérive de U par rapport au temps. Ce qui m'ammène au forum.
Je voudrais ainsi savoir quel fut le montage électrique réalisé pour annuler la dérive ? Quelle fut la méthode pour obtenir F en fonction de la tension de sortie de l'intégrateur ?

J'imagine que l'ALI est présent pour mettre en place un amplificateur de charge comme HBM le préconise

Merci de vos réponses,

Bonne soirée

[jiherve]

bonjour,
tout d'abord avec quel appareil mesures tu la tension?
si c'est un voltmètre numérique classique sa resistance d'entrée fait environ 10M ohm il y a donc consommation de courant.
L'un des buts de l'amplificateur de charge c'est de fournir une image de la tension du piézo sous une impedance très faible ,il te faudra donc te procurer un AOP entrée FET pour obtenir ce résultat.
mais ce papier indique également que le capteur dérive tout seul :https://www.hbm.com/fr/7318/comment-...ezoelectrique/
JR