CHAPITRE VI : AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Electronique Analogique A. Aouaj.

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1 CHAPITRE VI : AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL Electronique Analogique A. Aouaj

2 I/ Introduction L'amplificateur opérationnel est un composant actif (il est réalisé à partir de transistors). Pour fonctionner, il doit être polarisé à l'aide de deux tensions opposées (+V CC et – V CC ). L'AO est un circuit intégré monolithique (homogène). Il est constitué de trois parties : - Un amplificateur différentiel : il amplifie la différence des tensions d'entrées. - Un amplificateur intermédiaire : c'est un amplificateur de tension dont le gain est assez important. - Un amplificateur de sortie : c'est un amplificateur de puissance. Le signal amplifié à la sortie est sous une faible résistance Electronique Analogique A. Aouaj

3 Suivant le montage réalisé, il peut fonctionner en amplificateur (zone linéaire) ou en comparateur (zone de saturation). Le composant est symbolisé par : Dans la pratique, l'amplificateur opérationnel utilisé comme amplificateur est toujours associé à d'autres composants (résistances, capacités,…). Electronique Analogique A. Aouaj

4 AOP idéalAOP réel - Un gain A infini - Une résistance d'entrée R e infinie - Une résistance de sortie R s nulle - Un facteur de réjection  infini - Une bande passante infinie - Un gain A ~ 105 à 106 - R e ~ 100 k  à 1 M  - R s ~ 10  à 200  - Une bande passante ~ MHz (en petits signaux) Exemple : µA 741 : Il est sous forme d'un circuit intégré à 8 pattes. Electronique Analogique A. Aouaj

5 Son Schéma équivalent: Electronique Analogique A. Aouaj

6 II/ Etude statique Trois défauts de l'AOP : → Tension offset : tension de décalage → Courant de polarisation → Courant offset On dit qu'un AOP est correctement polarisé si la tension de sortie Vs est statiquement nulle. Electronique Analogique A. Aouaj

7 II-1/ Tension offset : V offset  _ + VSVS V E2 V E1 Si V E1 = V E2 → V S = A (V E1 – V E2 ) En réalité V S = A (V E1 – V E2 – V offset ) La tension V offset est la tension à appliquer entre les deux entrées pour obtenir une tension nulle à la sortie. Electronique Analogique A. Aouaj

8 II-2/ Courant de polarisation I P et courant offset I off On dispose à l'étage d'entrée de l'AOP de deux transistors donc de deux courants de base I B1 et I B2. Ces deux courants sont égaux si les deux transistors sont identiques. On appelle courant de polarisation la moyenne des deux courants de base à tension de sortie nulle: On appelle courant d'offset la différence entre ces deux courants de base à tension de sortie nulle: V offset ~ 0.5 mV à 10 mV Ordres de grandeur : I P ~ 10 nA à 10 µA I offset ~ 20 nA à 500 nA Electronique Analogique A. Aouaj

9 II-3/ Montage de polarisation Le montage de base de polarisation d'un amplificateur opérationnel est le suivant : VSVS I2I2 I1I1 I P2 I P1 R2R2  _ + R3R3 R1R1 V S = A (  – V offset )  = V + – V – V + = – R 1 I P1 V – = –R 2 I 1 I 1 = I P2 – I 2 I 2 = (V S – V – )/R 3 Electronique Analogique A. Aouaj

10 Si A est très grand, décalage sera minimum en sortie si : → 0→ 0 → 0 V offset → 0 Electronique Analogique A. Aouaj

11 III/ Etude dynamique Le montage en régime dynamique : v s = f (v e1, v e2 ) v e2 v e1 R4R4 vsvs R2R2 - + R3R3 R1R1 Electronique Analogique A. Aouaj

12 III-1/ Montage inverseur On met v e1 = 0 et on cherche v s = f (0, v e2 ) On suppose que l'AOP est idéal Si A est très grand v e2 R4R4 vsvs R2R2 - + R3R3 R1R1 Electronique Analogique A. Aouaj

13 III-2/ Montage non inverseur On met v e2 = 0 et on cherche v s = f (v e1, 0) Si A est très grand v e1 R4R4 vsvs R2R2 - + R3R3 R1R1 Pour avoir un équilibre statique on prend R 4 =R 1 //R 2 Electronique Analogique A. Aouaj

14 Le montage suiveur est un cas particulier du montage non inverseur Il peut être utilisé comme adaptateur d'impédance R 1 = R 4 =  R 2 = R 3 = 0 A v = 1 v e1 vsvs - + Electronique Analogique A. Aouaj

15 III-3/ Résistance d'entrée III-3-a/ Montage inverseur si A est grand R e = R 1 III-3-b/ Montage non inverseur R e = R 3 + R 4 Electronique Analogique A. Aouaj

16 III-4/ Impédance de sortie III-4-a/ Montage inverseur veve vsvs R2R2 - + R1R1 i i s0 isis  R2R2 R1R1 R e0 vsvs R s0 AA veve R e0 est la résistance d'entrée de l'AOP R s0 est la résistance de sortie de l'AOP La résistance de sortie de l'étage inverseur est définie par : Electronique Analogique A. Aouaj

17 On pose R' 1 = R 1 // R e0 i s = i + i s0 Si R e0 >>R 1 et R s0 petite Pour le LM741 R s0 = 150  et A = 10 5 → R s =0.003 . Electronique Analogique A. Aouaj

18 III-5/ Limitation de L'AOP III-5-a/ Limitation des tensions d'entrée Si la tension d'entrée est forte on aura : - Un effet de blocage - Une détérioration de l'étage différentiel d'entrée Les tensions d'entrée ne doivent jamais être supérieures à la tension d'alimentation de l'AOP III-5-b/ Limitation du courant de sortie Pour limiter les courants forts dans l'AOP, on peut utiliser le circuit suivant : R3R3 veve vsvs R2R2 - + R1R1 R R est faible et influe peu sur le gain Electronique Analogique A. Aouaj

19 IV/ Applications de l'AOP On suppose que l'AOP est idéal: A = ∞ et  = 0. IV-1/ Additionneur vsvs v e3 v e2 R R3R3 v e1 R2R2 - + R1R1 Electronique Analogique A. Aouaj

20 IV-2/ Intégrateur v e (t) = R i(t) v s (t) = u(t) i u veve vsvs C - + R Le montage effectue l'intégration du signal à un facteur d'échelle (–1/RC) en fonction du temps avec condition initiale v s (0). Electronique Analogique A. Aouaj

21 IV-3/ Dérivateur u(t) = v e (t) v s (t) = – R i(t) i u veve vsvs C - + R Le montage effectue donc une dérivation du signal à un facteur d'échelle (–RC). Electronique Analogique A. Aouaj