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GPA667 CONCEPTION ET SIMULATION DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONNELS 1.

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1 GPA667 CONCEPTION ET SIMULATION DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONNELS 1

2 CIRCUITS COMPOSÉS Sources de courant Source de courant (Miroir) Amplificateur différentiel Amplificateur opérationnel 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 2

3 SOURCES DE COURANT 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 3 Transistors FET I = I DSS

4 SOURCES MIROIRS 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 4 Transistors BJT +vcc

5 SOURCES MIROIRS 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 5 Transistors BJT +vcc

6 AMPLI. OPÉRATIONNELS Ampli. Op. : Définitions  I au noeuds d’entrée = 0 Masse virtuelle Paramètres C.C : V IO, I IB, I IO, Paramètres C.A : A D, A C, CMRR, GBW, SR 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 6

7 AMPLI-OPÉRATIONNEL 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 7

8 AMPLI-OPÉRATIONNEL Entrées : V i1, V i2 Entrée en mode différentiel, V d Entrée en mode commun, V c Tension de sortie, V o A d : gain différentiel, A c : gain mode commun 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 8

9 AMPLI-OPÉRATIONNEL CMRR = A d /A c CMRR (dB) = 20 log A d /A c Le CMRR est très élevé (  90 dB) Le courant qui entre dans chacune des entrées est négligeable (  0) Le gain A d est très grand (  200,000 ) 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 9

10 AMPLI-OPÉRATIONNEL Pour résoudre tous les circuits avec AMPLI-OP en mode linéaire, il faut retenir 2 règles qui découlent des caractéristiques de l’ampli-op. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 10

11 AMPLI-OPÉRATIONNEL Règle 1 ( I+ = I-  0 ) La somme des courant aux nœuds d’entrée ( + et - ) = 0 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 11 Règle 2 ( A d très grand et Vo   ) La différence entre les deux tensions d’entrée, V+ et V- est très faible. On a pratiquement V+  V-.

12 AMPLI-OPÉRATIONNEL La règle 2 permet d’introduire la notion de masse virtuelle. Quand l’entrée V+ est à la masse ( 0V ), on a V-  0 V. On dit que V- se comporte comme une masse virtuelle. V- n’est pas à la masse mais sa tension est presque OV. Si A d = 20,000 et V 1 = 1V alors V i = 0.5 mV. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 12 V- V1V1

13 CIRCUITS DE BASE INVERSEUR NON INVERSEUR SUIVEUR SOMMATEUR INTÉGRATEUR DÉRIVATEUR 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 13 Vous avez déjà vu ces circuits de base en GPA325

14 AMPLI-OP PRATIQUE PARAMÈTRES C.C. Tension de décalage à l’entrée V IO Courant de polarisation à l’entrée I IB Courant de décalage à l’entrée I IO Tension de décalage à la sortie V O(offset) V O(offset) = V O(offset V IO) + V O(offset I IO) 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14

15 AMPLI-OP PRATIQUE 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 15 V O(offset V IO) : Tension de décalage à la sortie due à V IO

16 AMPLI-OP PRATIQUE 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 16 I IB : Courant de polarisation à l’entrée

17 AMPLI-OP PRATIQUE 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 17 V O(offset I IO) : Tension de décalage à la sortie due à I IO R C = R 1  R f

18 AMPLI-OP PRATIQUE PARAMÈTRES C.A. ou DYNAMIQUE Produit Gain-Largeur de bande ou « Gain BandWidth Product » GBW Taux de montée, Slew Rate (SR) 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 18

19 PRODUIT GAIN-LARGEUR DE BANDE 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 19

20 PRODUIT GAIN-LARGEUR DE BANDE À basse fréquence, le gain de l’ampli-op est A VD jusqu’à la fréquence de coupure f C. La fréquence f 1 est la fréquence pour laquelle A VD = 1 À partir de f C, le gain A VD diminue avec une pente de 20 dB  décade ou 6 dB  octave. On a une décade entre f 1 et f 2 si f 2 = 10 f 1. On a un octave entre f 1 et f 2 si f 2 = 2 f 1. Le produit f C x A VD = f 1 x 1 = constante et s’appele : Produit Gain x Largeur de bande ou « Gain Bandwith Product » 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 20

21 Taux de montée SR « SLEW-RATE » Un ampli-op pratique possède une limite supérieure quant au taux de variation de sa tension de sortie en V/uS. Cette limite supérieure s’appelle le SR de l’ampli- op. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 21

22 Taux de montée SR « SLEW-RATE » Si le signal de sortie est élevé, la fréquence maximale qui peut être amplifiée sans distorsion sera plus basse. Par contre, si le signal de sortie est faible, la fréquence maximale qui pourra être amplifiée sans distorsion sera plus élevée. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 22

23 Taux de montée SR « SLEW-RATE » Si le signal est sinusoïdal et d’amplitude K, la fréquence maximale f ou la fréquence angulaire  dépendra du SR selon : 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 23

24 AMPLI-OP uA741 ou équiv. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 24 CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES

25 AMPLI-OP uA741 ou équiv. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 25 NOTICE TECHNIQUE

26 AMPLI. DIFFÉRENTIEL 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 26 R4R4 R2R2 R1R1 R3R3

27 AMPLI. DIFFÉRENTIEL 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 27 Si les résistances sont égales, V o = V 1 – V 2 R R R R V1V1 V2V2

28 AMPLI. DIFFÉRENTIEL 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 28 En pratique, il est difficile d’avoir 4 résistances égales ou du moins avec des rapports (R1 : R3) et (R2 : R4) égaux. De plus l’impédance d’entrée est limitée par la valeur des résistances qui ne peut pas être très grande. En pratique, on peut difficilement avoir des résistances supérieures à 1 M  sans produire une tension de décalage à la sortie.

29 AMPLI. NON INVERSEUR 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 29 Pour augmenter l’impédance d’entrée, on choisit la connexion non inverseur. On a le cas particulier d’un ampli. suiveur lorsque R f = 0 et R 1 = . L’impédance est élevée parce que le courant d’entrée est de l’ordre de grandeur du courant de polarisation soit quelques nA.

30 AMPLI. SUIVEUR 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 30 V o /V 1 = 1.

31 AMPLI. INSTRUMENTATION 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 31 En combinant deux ampli. non inverseur à haute impédance d’entrée, on peut obtenir deux entrées et deux sorties différentielles. Par la suite, on transforme le signal de sortie différentiel en un signal unipolaire par rapport à la masse en utilisant un ampli. Différentiel. L’ensemble produit ce que l’on appelle un ampli. d’instrumentation.

32 AMPLI. INSTRUMENTATION 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 32

33 AMPLI. INSTRUMENTATION 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 33 On peut réaliser un ampli. d’instrumentation avec des composants discrets mais pour plus de précision, les composants sont intégrés. Il est alors facile d’obtenir des résistances R d’égales valeurs. La résistance R P se situe habituellement à l’extérieur du boîtier et elle permet de fixer le gain de l’ampli. À la valeur désirée.

34 Millivoltmètre C.C. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 34 Conversion TENSION - COURANT


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