Composants électroniques élémentaires L’AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Présentation Modes de fonctionnement Caractéristiques constructeur

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Symbole AOp idéal

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Entrées: e+ entrée non inverseuse e- Entrée inverseuse e - + A ( ) V c c+ c- Sortie: s = A.(e+ - e-) Avec A amplification différentielle 2 Broches pour l’alimentation du circuit: Vcc+: alimentation la plus positive. Vcc-: alimentation la plus négative. Autres symbole: moins utilisé car il représente un AOP idéal. e - + A ( ) V c c+ c-

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Caractéristiques principales d’un AOp idéal AOp réel AOp idéal: caractéristiques utilisées lors de l’étude théorique des montages à AOps. A très grand, de l’ordre de 105 pour des fréquences allant du continu (0hz) à quelques Mhz. Courants d’entrées très faibles, Résistance de sortie faible. A est infini quelque soit la fréquence qui peut s’étendre à l’infini également. Courants d’entrées nuls, Résistance de sortie nulle. Choisir un AOp, c’est choisir les caractéristiques de celui-ci telles que l’on puisse le considérer idéal dans la gamme de tensions et fréquences de fonctionnement dans le système.

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Pour un fonctionnement correct, il faut: Vcc Alimenter le circuits intégrés. En générale, Vcc=-Vss. - + V- Respecter: Vss<V+<Vcc Vss<V-<Vcc V+ Vs Vss Dans ces conditions, on a: Vss<Vs<Vcc. V+, V- Vs Vcc Vcc Vss Vss

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Fonctionnement en boucle ouverte Fonctionnement en réaction négative Fonctionnement en réaction positive

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL La fonction générale d’un AOp est d’amplifier la différence des entrées, soit: s = A.(e+ - e-) Vs(V) Ve(V) 10 Vcc Vss Comme A est très grand. Cela se traduit par la fonction de transfert suivante, ou la pente est très raide +Vsat -Vsat Mais comme la tension de sortie ne peut pas évoluer au delà des tensions d’alimentation, on a «SATURATION » de la sortie. En pratique, les tensions de saturations sont différentes des tensions d’alimentation est on a: +Vsat  Vcc, |-Vsat|  |-Vcc et +Vsat |-Vsat|

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL - + V- V+ Vs -Vcc +Vcc Comme A est très grand, la moindre différence entre V+ et V- entraîne la sortie en saturation: À +Vsat si V+>V- À –Vsat si V+<V- V+ V- Vs t +Vsat -Vsat L’AOp en boucle ouverte fonctionne en comparateur de tension.

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL On dit que l’AOp est en réaction négative ou contre réaction, quand il y a rebouclage de la sortie sur l’entrée inverseuse. Dans ces conditions, on pose V+=V- et le fonctionnement est linéaire.

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL - + Ve Vs R1 R2 i On suppose l’AOp idéal, donc: i+=i-=0. Et le courant dans R1 et le même que dans R2. i La résistance R2 assure une liaison entre la sortie et l’entrée inverseuse, donc : V+=V-. Le circuit permet d’écrire: Vs Ve -Vsat +Vsat Ce qui donne: AMPLIFICATEUR INVERSEUR

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL On dit que l’AOp est en réaction positive quand il y a rebouclage de la sortie sur l’entrée non inverseuse. Dans ces conditions le fonctionnement est non linéaire et la tension de sortie ne peut prendre que 2 états: +Vsat ou –Vsat.

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL + - Ve Vs R1 R2 Dans ce montage, la résistance R2 assure une liaison entre la sortie et l’entrée non inverseuse, donc : Vs=±Vsat. L’étude d’un tel montage consiste alors à trouver les valeurs de Ve pour lesquelles la sortie change d’état.

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL On suppose l’AOp idéal, donc: i+=i-=0. Et le courant dans R1 et le même que dans R2. + - Ve Vs R1 R2 Le circuit permet d’écrire: On pose hypothèse sur l’état de la sortie: Vs=+Vsat Ce qui se traduit par V+>V-. La sortie basculera donc à –Vsat lorsque ve sera telle que: C’est-à-dire :

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL + - Ve Vs R1 R2 Si on part de l’hypothèse : Vs=-Vsat, Un raisonnement identique nous permet de dire que le basculement à +Vsat se fera pour: On résume l’ensemble sur la caractéristique de transfert: Si Vs=+Vsat, Vs bascule à –Vsat pour: Vs Ve -Vsat +Vsat Si Vs=-Vsat, Vs bascule à +Vsat pour: C’est un montage COMPARATEUR A HYSTERESIS NON INVERSEUR

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Valeurs limites de fonctionnement Caractéristiques électriques

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Nom Description V CC+ Supply voltage, Tension d’alimentation positive maximum V CC- Tension d’alimentation négative maximum DVIM Differential input voltage Tension d’entrée différentielle maximum : tension maximum pouvant exister entre les entrée inverseuse et non inverseuse. (V+-V-)MAX. VIM Input voltage Tension maximum pouvant être appliquée sur une entrée. L’amplitude sur une entrée ne devra jamais dépasser la tension d’alimentation. PD Continuous total dissipation Puissance maximum dissipée en continue.

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Nom Description VIO Input offset Voltage Idéalement la caractéristique de transfert passe par 0. En réalité, même si on relie les 2 entrées ensemble à la masse, il existe une tension continue en sortie. Cette tension divisée par le gain A (à f=0) donne la valeur de la tension différentielle d’entrée. Cette tension provient de la non symétrie de l’étage d’entrée des AOp. Certains AOp possèdent des entrées de compensation d’offset pour corriger ce défaut. IIO Input Offset Current Idéalement, les courants d’entrée sont nuls. Hors pour assurée la polarisation des transistors constituant les AOp, des courants très faibles existent sur les entrées V+ et V-. Ces courants sont des courant de base, pour les AOp à entrées bipolaires, et des courant de grilles pour les AOp à entrées JFET, ils sont donc plus faibles dans le deuxième cas. Le constructeur ne donne pas directement la valeur de ces courants, mais les caractérise par : et Ces courants sont nécessaires au bon fonctionnement de l’AOp. IIB Input Bias Current

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL AVD Large signal differential voltage amplification Le gain d’un AOp est idéalement infini et ne dépend pas de la fréquence. En réalité, il est très grand et sa valeur en continue est donnée par le constructeur par AVD. Il est généralement donné en V/mv ou en dB (20log| AVD | avec AVD en V/mV). Exemple, pour le TL081, AVD =200 V/mV soit : 106dB. B1 (ou FT) Unity Gain bandwitch (Frequency Transistion) De plus, le gain varie fonction de la fréquence (chute quand la fréquence augmente). Le constructeur fourni la valeur de FT, fréquence pour laquelle le gain vaut 1. Cette caractéristique est également appelé Produit Gain Bande passante.

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL ri Input resistance Résistance d’entrée. Supposée infinie dans le modèle idéal, c’est la résistance d’entrée différentielle (vue entre les broches + et – de l’AOp) elle est de l’ordre de 1012 W en réalité. Dans certaines documentations constructeur, on trouve aussi la valeur de la résistance de mode commun ric (vue entre la broche + ou – de l’AOp est la masse) du même ordre de grandeur. CMRR Common mode rejection ratio Taux de rejection en mode commun. La tension de sortie ne dépend pas que de la différence des entrées mais aussi de la moyenne des tension d’entrée (valeur commune au deux entrée, appelée tension de mode commun). On peut alors écrire : Ac est le gain de mode commun de l’AOp et le constructeur donne comme caractéristiques :

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL SR Slew rate Le Slew Rtae défini la vitesse maximum de variation de la tension de sortie de l’AOp. Il s’exprime en V/µs. kSVR Suplly voltage rejection ratio Ce paramètre chiffre la sensibilité de la sortie de l’AOp vis-à-vis des variations de la tension d’alimentation. ICC Supply current Courant d’alimentation. Indique la consommation en courant par AOp dans uns un boîtier en comportant plusieurs. (ex : TL084 = 4 TL081 dans un seul boîtier). ro Output resistance L’AOp possède une résistance de sortie non nul pour limiter le courant en cas de court circuit de celle-ci. Elle est faible valeur, une centaine d’ohm pour les plus mauvais. On montre que la résistance de sortie d’un montage en réaction négative est réduite par rapport à ro.

AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL fT Fréquence de transition fc Fréquence de coupure AVD