Amplificateur Opérationnel (A.O) Hugues Ott Maître de Conférences à l’IUT Robert Schuman Université de Strasbourg Département Chimie

Généralités L’amplificateur opérationnel (A.O.) est apparu en 1965. il fut appliqué d’abord à la résolution d’opérations mathématiques L’AO est un circuit intégré (C.I.) volume - facilité de montage - faible consommation - performance faible longueur de connexion  accroissement vitesse de réponse Loi de Moore: tous les 18 mois la puissance est multipliée par 2 Applications Générateurs de signaux Amplification de signaux Instruments de mesures Filtrage

Représentation - -  + + E- E- S S E+ E+ Représentation anglo-saxonne la plus courante Représentation européenne 

non représentées sur le schéma Branchement 5 bornes uE- E- entrée inverseuse 2 Entrées 1 Sortie 2 bornes Alimentation E- entrée inverseuse Alim +VCC non représentées sur le schéma E+ E- S - + uS S sortie S sortie alimentation stabilisée uE+ E+ entrée non inverseuse Alim -VCC E+ entrée non inverseuse Généralement VCC = +15V -VCC=-15V

Un AO comprend des transistors, Brochage AO 741 Valim- Valim+ 1 - + 2 3 4 5 6 7 8 S masse Descriptif Une alimentation vE+ vE- vs +Valim -Valim Un AO comprend des transistors, résistances condensateurs

Caractéristiques - + - + - + - + us E+ E- S umin E+ E- S E+ E- S E+ E- C’est un amplificateur différentiel Il amplifie la différence des signaux d’entrée us E+ E- S - + Système bouclé contre réaction Umax umin E+ E- S - + Système bouclé réaction positive E+ E- S - + Système boucle ouverte +e -e Ad gain différentiel en boucle ouverte Ad  105 uE+ - uE- Il ne peut amplifier que des différences de tensions très faibles en boucle ouverte Nécessité d’une contre réaction E+ E- S - + Système bouclé contre réaction Une boucle de contre réaction assure automatiquement un fonctionnement linéaire de l’A.O

Amplificateur opérationnel réel Un Amplificateur Différentiel à : courant continu grand gain en boucle ouverte (104 à 105 ) le gain dépend de la fréquence grande impédance d’entrée (Ze= 108W à 1012W)  courant d’entrée très faible (10-10A) impédance de sortie faible (Zs qques dizaines d’Ohms) large bande passante débutant aux très basses fréquences le bruit de fond et les dérives sont maintenus faibles par contre-réaction 105 uS S - + uE+ uE- A (uE+ - uE- ) i+ i- Ze Zs

A.O. réel A.O. idéal uS - + uE+ uE- uS - + uE+ uE- uS - + uE+ uE- L ’AO idéal est un modèle qui permet d’interpréter les propriétés du montage i+ i- uS S - + uE+ uE- A (uE+ - uE- ) Ze Zs uS S - + uE+ uE- A (uE+ - uE- ) Ze i+ i- i+ i- uS S - + uE+ uE- Ze Zs =A (uE+-uE- ) =0 fini  Zs = qques dizaines Ohms Zs = 0 Ad =  uE+ = uE- Ad = 105 Ze=  i+=i-= 0 Ze= 108W à 1012W i+=i-= 10-10A

Résumé A.O. idéal uE+ uE- uS - + 1e loi i+ = i- = 0 2e loi VE+ = VE- Usortie < U alim La tension de sortie est proche de la tension d ’alimentation

Réaction et contre réaction Système en boucle ouverte Absence de branchement entre la sortie et les entrées E+ E- S - + Système boucle ouverte us uE+ < uE- uE+ > uE- Comparateur de tension

Une partie du signal de sortie est réinjectée sur une entrée. Système bouclé Une partie du signal de sortie est réinjectée sur une entrée. Contre réaction Réaction positive Réaction mixte E+ E- S - + E+ E- S - + E+ E- S - + Fonctionnement linéaire Fonctionnent saturation Fonctionnement linéaire

Filtrage Définition : Gain complexe Gain réel Gain en décibels La phase j de la tension de sortie par rapport à la tension d’entrée  Diagramme de Bode j en fonction de log (f) : j = f(f)

Loi d’Ohm A B R V

Montage comparateur - + E- S E+ uE- us uE+ > uE- < uE-  bouclé uE+ -Usat +Usat > uE- < uE-  bouclé  ouvert Système 

Montage suiveur E- - S E+ + us V uE   bouclé Système  ouvert  Réaction positive  Contre réaction  Réaction mixte   linéaire  saturation Existence d ’une Fonctionnement 

Montage amplificateur inverseur - + R1 ue V us V R2= 10kW R1=1kW ue=0,3V inverseur amplificateur R2= 10kW R1=1kW ue=3V Montage :

Montage amplificateur non inverseur - + R1 V us ue V amplificateur Montage : non inverseur

Montage dérivateur R i C i E+ E- S - + q ue us

Montage intégrateur C -q i q i E+ E- S - + R ue us

Montage sommateur inverseur ue1 i2 E+ E- S - + ue2 i1+ i2+ i3 i3 ue3 us Montage : sommateur inverseur

Montage soustracteur R2 i1 i1 E- - R1 S E+ i2 + R3 u1 i2 us uE- uE- u2 Pont diviseur

Filtre… R C Z2 Z2 S E+ E- - + S E+ E- - + Z1 R ue us ue us  jCw

GdB =f(logw) : droite de pente -20 Filtre : suite… S E+ E- - + R us ue 1 GdB =f(logw) : droite de pente -20

Filtre passe bas GdB logw -3 Bande passante atténuation - 3dB

Filtre : suite… R Z2 R C S E+ E- - + S E+ E- - + Z1 ue us ue us  jCw

GdB =f(logw) : droite de pente +20 Filtre : suite… us ue S E+ E- - + R GdB =f(logw) : droite de pente +20

Bande passante atténuation - 3dB Filtre passe haut GdB logw -3 Bande passante atténuation - 3dB

Filtre : suite… Z2 - - + + C R C E- E- R S S E+ E+ ue ue us us Z2 Z1  jCw

Filtre : suite… GdB =f(logw) : droite de pente +20

Filtre passe bande GdB logw -6 -9 Filtre passe bande