Intégrateur et dérivateur à AOP


Montage intégrateur
Principe
On considère le montage sans la résistance Ro. La loi des nœuds sur l'entrée − donne (Ve − Vm) / R + C d(Vs − Vm) /dt = 0.
En régime linéaire comme l'entrée plus est à la masse Vp = 0 et Vm = 0. Donc dVs / dt = − Ve / RC.
Le montage effectue une intégration.
Montage utilisable
En réalité la sortie du montage même avec Ve = 0 dérive vers la saturation à cause de l'intégration de la tension de décalage Vd entre les entrées et des courants de polarisation Ip de l'amplificateur réel. On a alors Vs = Vd / RC + Ip.t / C
Une manière de régler ce problème est de placer une résistance Ro en parallèle sur C.
Alors : (Ve − Vm) / R + C d(Vs − Vm) /dt + (Vs − Vm) / Ro = 0 soit dVs / dt + Vs / RC = − Ve / RC.
Pour un signal périodique de période T si T << RoC alors
Données expérimentales pour les schémas : C = 10 nF, R = 33 kΩ, Ro = 470 kΩ , N = 1000 Hz
Sinus Ve = 8 V cc, Vs = 2 V cc; Rectangle Ve = 10 V cc, Vs = 2,8 V cc; Triangle Ve = 8 V cc, Vs = 2,2 V cc

Soustracteur intégrateur
Une manière plus élégante de régler les problèmes liés à la nature imparfaite des AOP réels consiste à faire précéder l'intégrateur d'un soustracteur qui fonctionne avec une réaction et une contre-réaction. Si Vs augmente VA augmente (réaction positive) ce qui entraîne une diminution de Vs ce qui empêche la saturation.
Si on prend en compte la tension de décalage Vd1 du soustracteur on a VA = 2 Vd1 + Vs − Ve.
Le courant d'entrée de l'intégrateur est I = (VA − Vd2) / Ro = C.d( Vm − Vs) / dt
RoC dVs / dt + Vs = Ve + Vd2 − 2Vd1≈ Ve.
Si RoC dVs / dt >> Vs on a
Données expérimentales : C = 100 nF, Ro = 100 kΩ, k = 5 kΩ. 250 Hz < f < 12 kHz

Dérivateur
Principe
Si on retire la résistance Ro du cadre en pointillés, le circuit se résume à un montage à contre-réaction avec l'entrée plus à la masse.
Sur l'entrée non inverseuse, on a C.d(Ve − Vm)/ dt + (Vs − Vm) / R = 0.
En régime linéaire Vp = Vm = 0. On tire Vs = − RC dVe / dt.
Le montage effectue une dérivation.
Le montage a tendance à présenter des oscillations pour un signal d’entrée en triangle ou en créneau.
Montage utilisable
Pour éliminer les oscillations il faut amortir le circuit oscillant constitué par le montage réel (inductance et capacités parasites).
On place en série avec le générateur une résistance ajustable Ro beaucoup plus petite que R.
En principe le montage est un filtre passe haut de fréquence de coupure Fc = 1 / 2πRC , mais comme en haute fréquence l'AOP se comporte comme un filtre basse bas, globalement le montage est un filtre passe bande. Il faut que son fondamental soit très inférieur à Fc pour laisser passer au moins 4 ou 5 harmoniques.
Si Ro est trop faible il y a apparition d’oscillations lorsque le signal d’entrée est riche en harmoniques.
Dans le cas d'un signal d'entrée triangulaire l'influence du "slew rate" déforme le signal en créneau de sortie.
Dans le cas d'un signal d'entrée rectangulaire de période T pour obtenir quelque chose qui ressemble à une impulsion, if faut que RC << T .
Données expérimentales pour les schémas : C = 100 nF, R = 100 kΩ, Ro = 90 Ω , N = 1000 Hz
Sinus Ve = 0,25 V cc, Vs = 1,6 Vcc; Rectangle Ve= 0,4 V cc, Vs = 28 V cc; Triangle Ve = 1,3 V cc, Vs = 6 V cc