AOP Inverseur asymétrique

[Donut]

Bonjour,

Je me pose une question simple à laquelle j'ai surement déjà eu la réponse, mais cela fait longtemps que je n'ai pas joué avec des AOP...

J'ai un ampli op LT1366 (datasheet) monté en ampli inverseur tout ce qu'il y a de plus classique. Gain de -10, R1=1k, R2=10k.
Actuellement, cet ampli est alimenté en symétrique +/-5V, et le signal d'entrée théorique Vin est une tension purement négative, donc la tension de sortie est toujours positive.

L'étage suivant n'accepte pas de tension d'entrée < -0.6V sous peine de griller.
Or en pratique, il serait possible que la tension de sortie du montage inverseur devienne négative (il y a une correction d'offset en amont qui pourrait rendre Vin positif si mal gérée).

La question est donc : si j'alimente le LT1366 en +0/5V, je suis sur de ne jamais descendre sous 0V en sortie, mais est-ce que le montage fonctionne toujours, car j'ai une tension Vin < Vss=0V ?

Sur LTSpice la simulation fonctionne bien, et j'ai fait un test concluant avec un LM324 (pas de LT1366 sous la main) mais je ne trouve pas dans la doc de ce dernier ce qui peut confirmer ou infirmer qu'une tension Vin < Vss ne pose aucun problème en pratique...
Je ne me rappelle plus trop la théorie autour de l'utilisation d'un AOP avec des tensions d'entrée hors des tension d'alim, aussi il me semble que c'était possible selon le composant.

Merci
-----

[gts2]

Bonjour,

Un AOp ne supporte pas de tensions en dehors des limites de l'alimentation mais, dans votre cas montage inverseur, la tension n'est pas appliquée à l'AOp mais à la résistance d'entrée.

Une méthode (brutale ?) pour avoir la sortie toujours supérieure à -0,6 V est de mettre une diode entre sortie et masse.

[Antoane]

Bonjour,

L'étage suivant n'accepte pas de tension d'entrée < -0.6V sous peine de griller.

Quel est cet étage ? cette limitation à -0.6V laisse deviner un circuit alimenté en 0/qqch dont l'entrée est protégée par une diode de clamp interne. Dansce cas, une simple résistance entre la sortie de l'ampli inverseur et l'entrée de "l'étage suivant" peut suffire -- éventuiellement avec une diode de clamp de protection suplémentaire.

Tous les AOP, y compris rail-to-rail, ne tolèrent pas de fonctionner en ampli inverseur avec alimentation asymetrique car les entrée doivent est alors être au GND. Le LT1366 pourrait le permettre (cf. section overdrive protection), mais ce n'est pas évident.
Il faut regarder le "common mode input voltage range" pour s'en assurer, et vérifier qu'il s'étant en deca de Vss. Par exemple pour le ada4510-2 :

Voir par exemple : https://www.analog.com/en/parametric...|5057|5412|s16

Sans cette garantie, ca peut fonctionner, mais c'est sans certitude.

[Donut]

Bonjour,

Quel est cet étage ? cette limitation à -0.6V laisse deviner un circuit alimenté en 0/qqch dont l'entrée est protégée par une diode de clamp interne. Dansce cas, une simple résistance entre la sortie de l'ampli inverseur et l'entrée de "l'étage suivant" peut suffire -- éventuiellement avec une diode de clamp de protection suplémentaire.

C'est un ampli d'instrumentation AD694 qui convertit la tension de sortie en courant 0-20mA.

Absolute Max Ratings

Input Voltage, (Either Input Pin 2 or 3) : –0.3 V to +36 V

Je pensais que c'était -0.6V ; c'est encore plus limite.

Il faut regarder le "common mode input voltage range" pour s'en assurer, et vérifier qu'il s'étant en deca de Vss.

Justement dans la doc du LT1366 je ne trouve pas d'info de ce type...
Il y a ce petit paragraphe qui sous entend que c'est possible mais qu'on est pas vraiment dans un fonctionnement normal :

Overdrive Protection

Two circuits prevent the output from reversing polarity
when the input voltage exceeds the common mode range.
When the noninverting input exceeds the positive supply
by approximately 300mV, the clamp transistor Q12 (Figure 1) turns on, pulling the output of the second stage
low, which forces the output high. For inputs below the
negative supply, diodes D1 and D2 turn on, overcoming
the saturation of the input pair Q1/Q2.

Du coup le mieux serait de se débrouiller pour avoir des tensions positives d'entrée de jeu, quitte à ajouter un étage, dans ce cas je pense revoir le design complet de la carte...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

C'est un ampli d'instrumentation AD694 qui convertit la tension de sortie en courant 0-20mA.

Absolute Max Ratings > Input Voltage, (Either Input Pin 2 or 3) : –0.3 V to +36 V
Je pensais que c'était -0.6V ; c'est encore plus limite.

Dans ce cas, il suffit effectivement de mettre une diode entre l'entrée du AD694 et le GND, ainsi qu'un simple résistance (eg. 1kOhm) entre la sortie de l'ampli inverseur et l'entrée du AD694, pour limiter le courant.

Justement dans la doc du LT1366 je ne trouve pas d'info de ce type...

Et ce n'est typiquement pas présent, car c'est une charactérstique inhabituelle. C'est pourquoi j'ai donné un lien vers une famille de composant pouvant le permettre.

[Pascal071]

bonjour

le LM324 ou LM358 permettent de mesurer jusqu'à 0v, en aucun cas du négatif.
par contre la sortie n'est pas capable de descendre à 0v (min. 1v env.)

sans alim. symétrique, c'est compliqué.
Pour protéger l'entrée suivante, résistance série - diode en inverse - résistance série feront l'affaire.

Cdlt

[Donut]

Merci pour vos réponses

En plus de protéger l'entrée de l'étage suivant avec diode + résistance série, je me dis qu'une approche plus propre serait d'avoir une correction d'offset qui n'introduit pas de tension positive.

En gros je cherche un montage qui me permette de corriger la tension d'entrée (avant amplification) via un potentiomètre mais que celle-ci ne puisse pas excéder 0V.
J'essaie de trouver une solution qui n'introduit pas d'AOP supplémentaire (ce n'est peut être pas possible).

L'étage en question fait déjà passe-bas inverseur avec gain réglable (entre 1 et 20, via sélecteur). Pour gérer l'offset, je suis venu ajouter une tension de référence via un potentiomètre sur l'entrée inverseuse.
C'est en gros un sommateur inverseur passe-bas à gain réglable...

Il faut pouvoir ajouter entre 15mV (gain de 1) et 300mV (gain de 20) à la tension d'entrée. Problème : faire tout tenir en un étage implique que si le gain est faible mais l'offset fort la tension d'entrée devient positive, et Vs négative...

Vs = - ( Ve * (R2/R1) + Vcc * (R2/(Rp+P)) )

C'est un peu un mouton à 5 pattes, si je n'ai pas le choix que d'ajouter un étage supplémentaire quelle est la meilleure façon de faire pour gérer l'offset sur Ve ?

P.S: Il y a un autre étage d'amplification par 100 avant de rentrer sur le AD694, d'où l'idée de corriger le biais avant de trop l'amplifier, et de ne jamais avoir Vs < 0V

[bobflux]

Dans le montage de gauche, l'entrée "+" est à 0V donc l'AOP va tenter de maintenir l'entrée "-" à 0V aussi : on peut donc convertir sans souci une tension d'entrée négative en tension de sortie positive. Ça ne marche qu'avec un AOP dont le mode commun en entrée comprend la masse, et dont la sortie peut aller à 0V. LT1366 est un AOP rail to rail en entrée et en sortie donc il remplit ces conditions.

Le montage de droite a une sortie en courant directement, pour se débarrasser de l'encombrant AD694. On peut utiliser un MOSFET mais ce sera peut-être un peu juste avec 5V à cause de la tension de seuil élevée, ou sinon un bipolaire, qui introduira une petite erreur à cause du courant de base.

> Il faut pouvoir ajouter entre 15mV (gain de 1) et 300mV (gain de 20) à la tension d'entrée. Problème : faire tout tenir en un étage implique que si le gain est faible mais l'offset fort la tension d'entrée devient positive, et Vs négative...

Comme l'alim négative de l'ampli op n'est pas nécessaire, problème réglé.

[jiherve]

bonjour,
il suffit de s'inspirer d'un montage redresseur, une paire de diodes dans la boucle de contreréaction qui est donc dédoublée on sort sur la bonne et hop!

on peut se contenter de la diode dans la boucle "negative".
JR

[lutshur]

Bonjour,
Il va perdre les infos de la partie tronquée (négative, dans son cas). Je pense qu'il en a besoin et veut seulement un offset correct.

Il faut pouvoir ajouter entre 15mV (gain de 1) et 300mV (gain de 20) à la tension d'entrée. Problème : faire tout tenir en un étage implique que si le gain est faible mais l'offset fort la tension d'entrée devient positive, et Vs négative...

@Donut
Si ce que j'ai supposé est juste, je ne comprends pas bien cette histoire de 15mV. Tu es certain que ton signal d'entrée Ve restera toujours avec un offset minimal de -15mV?
Sur l'image du #7, il a plutôt une forme bizarre. Difficile de déterminer à quel moment il est à son MAX (-15mV).
Avec le gain de 20, tu veux ajouter un offset de +300mV à Ve ???

[Donut]

Si ce que j'ai supposé est juste, je ne comprends pas bien cette histoire de 15mV. Tu es certain que ton signal d'entrée Ve restera toujours avec un offset minimal de -15mV?
Sur l'image du #7, il a plutôt une forme bizarre. Difficile de déterminer à quel moment il est à son MAX (-15mV).
Avec le gain de 20, tu veux ajouter un offset de +300mV à Ve ???

En fait j'ai donné ces valeurs à titre d'exemple et un peu simplifié la forme de Ve : il s'agit d'un signal variable redressé (partie négative uniquement) de valeur moyenne non nulle (de l'ordre de -15mV). Le rôle de l'étage est d'amplifier ce signal tout en le lissant (passe-bas).
L'offset à compenser est la composante continue qui reste après lissage (avec comme idée de tout faire en même temps avec un seul AOP, donc de sommer un offset + lisser à la volée)

Cette composante continue de -15mV correspond a un niveau de bruit moyen issue du signal Ve (redressé+lissé) au repos. Je cherche donc à la ramener à zéro qui est ma référence pour l'étage de conversion en courant. En pratique la compensation ne sera pas toujours de 15mV exactement et dépendra du bruit moyen au repos sur Ve, d'où la nécessité d'un réglage avec un potentiomètre.

Tout essayer de faire tenir en un étage implique que ma correction d'offset s'ajoute à Ve multiplié par le gain sélectionné, et que l'offset à corriger doit lui aussi être multiplié par un gain identique, entre 1 et 20.
Une fois l'offset au repos (bruit) compensé, Ve pourra varier dans une plage dynamique allant jusqu'à -100mV environ et c'est cette partie du signal qui sera convertie en courant pour l'instrumentation.

Mon idée est donc d'injecter sur l'entrée V- une ref de tension variable (correction d'offset), ce qui à l'inconvénient de rendre Vs négative si l'offset est "sur-corrigé".

Mais d’après bobflux :

on peut donc convertir sans souci une tension d'entrée négative en tension de sortie positive. Ça ne marche qu'avec un AOP dont le mode commun en entrée comprend la masse, et dont la sortie peut aller à 0V. LT1366 est un AOP rail to rail en entrée et en sortie donc il remplit ces conditions.
[...]
Comme l'alim négative de l'ampli op n'est pas nécessaire, problème réglé.

Il me suffit donc bien d'alimenter l'AOP en +5V/0V et le problème de sur-correction de l'offset disparait. Comme la tension Ve et la tension de correction n'est pas appliquée directement sur V- mais à travers une résistance (& considérations GND sur le mode commun / rail-to-rail), cela doit fonctionner.

[lutshur]

Mon idée est donc d'injecter sur l'entrée V- une ref de tension variable (correction d'offset), ce qui à l'inconvénient de rendre Vs négative si l'offset est "sur-corrigé".

C'est pas gagné.

Il me suffit donc bien d'alimenter l'AOP en +5V/0V et le problème de sur-correction de l'offset disparait.

Si ça correspond au 1er cas du #8, le résultat sera le même que le #9

Edit: Quoique non. Ve est toujours négatif

[bobflux]

Mais d’après bobflux :

Il me suffit donc bien d'alimenter l'AOP en +5V/0V et le problème de sur-correction de l'offset disparait. Comme la tension Ve et la tension de correction n'est pas appliquée directement sur V- mais à travers une résistance (& considérations GND sur le mode commun / rail-to-rail), cela doit fonctionner.

Oui.

Mais une fois la sortie à 0V, il ne sera pas possible de faire la différence entre 1) l'offset est correctement réglé et 2) l'offset est réglé trop bas et l'ampli est en fait en saturation. Mais comme de toutes façons l'étage suivant ne sait pas transmettre une tension négative, ça ne devrait pas poser trop de problèmes...

Note que mon montage dans le post 8, avec le MOSFET, élimine le INAxxx transmetteur de courant. L'AOP peut être alimenté en +5/0V mais si il est alimenté en +/-5V, sa sortie peut aller dans le négatif sans casser le MOSFET.

[Donut]

Mais une fois la sortie à 0V, il ne sera pas possible de faire la différence entre 1) l'offset est correctement réglé et 2) l'offset est réglé trop bas et l'ampli est en fait en saturation.

Oui mais en pratique l'offset sera réglé progressivement jusqu'à voir la composante continue (liée au bruit) s'annuler. Je pensais peut-être ajouter un témoin visuel (une led) quand l'AOP est en saturation basse pour l'aide au réglage (en comparant Vs et une ref de quelques mV par exemple)

Note que mon montage dans le post 8, avec le MOSFET, élimine le INAxxx transmetteur de courant. L'AOP peut être alimenté en +5/0V mais si il est alimenté en +/-5V, sa sortie peut aller dans le négatif sans casser le MOSFET.

Oui c'est une piste a envisager si je reprends tout le design, pour l'instant c'est plus du "patch" avec les moyens du bord...