CONCEPTION ET SIMULATION DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES

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

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

3 SOURCES DE COURANT Transistors FET I = IDSS
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4 SOURCES MIROIRS Transistors BJT +vcc AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS
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5 SOURCES MIROIRS Transistors BJT +vcc AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS
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6 AMPLI. OPÉRATIONNELS Ampli. Op. : Définitions
 I au noeuds d’entrée = 0 Masse virtuelle Paramètres C.C : VIO, IIB, IIO, Paramètres C.A : AD, AC, CMRR, GBW, SR AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

7 AMPLI-OPÉRATIONNEL AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

8 AMPLI-OPÉRATIONNEL Entrées : Vi1, Vi2 Entrée en mode différentiel, Vd
Entrée en mode commun, Vc Tension de sortie, Vo Ad : gain différentiel, Ac : gain mode commun AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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

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. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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

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 Ad = 20,000 et V1 = 1V alors Vi = 0.5 mV. V- V1 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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

14 AMPLI-OP PRATIQUE VO(offset) = VO(offset VIO) + VO(offset IIO)
PARAMÈTRES C.C. Tension de décalage à l’entrée VIO Courant de polarisation à l’entrée IIB Courant de décalage à l’entrée IIO Tension de décalage à la sortie VO(offset) VO(offset) = VO(offset VIO) + VO(offset IIO) AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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

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

17 Tension de décalage à la sortie due à IIO
AMPLI-OP PRATIQUE VO(offset IIO) : Tension de décalage à la sortie due à IIO RC = R1  Rf AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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

19 PRODUIT GAIN-LARGEUR DE BANDE
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20 PRODUIT GAIN-LARGEUR DE BANDE
À basse fréquence, le gain de l’ampli-op est AVD jusqu’à la fréquence de coupure fC. La fréquence f1 est la fréquence pour laquelle AVD = 1 À partir de fC, le gain AVD diminue avec une pente de 20 dBdécade ou 6 dB  octave. On a une décade entre f1 et f2 si f2 = 10 f1. On a un octave entre f1 et f2 si f2 = 2 f1. Le produit fC x AVD = f1 x 1 = constante et s’appele : Produit Gain x Largeur de bande ou « Gain Bandwith Product » AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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 : AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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

25 AMPLI-OP uA741 ou équiv. NOTICE TECHNIQUE AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS
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26 AMPLI. DIFFÉRENTIEL R4 R2 R1 R3 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

27 AMPLI. DIFFÉRENTIEL Si les résistances sont égales, Vo = V1 – V2 R V2
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28 AMPLI. DIFFÉRENTIEL 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. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

29 AMPLI. NON INVERSEUR Pour augmenter l’impédance d’entrée, on choisit la connexion non inverseur. On a le cas particulier d’un ampli. suiveur lorsque Rf = 0 et R1 = . L’impédance est élevée parce que le courant d’entrée est de l’ordre de grandeur du courant de polarisation soit quelques nA. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

30 AMPLI. SUIVEUR Vo/V1 = 1. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

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

32 AMPLI. INSTRUMENTATION
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33 AMPLI. INSTRUMENTATION
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 RP se situe habituellement à l’extérieur du boîtier et elle permet de fixer le gain de l’ampli. À la valeur désirée. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013

34 Millivoltmètre C.C. Conversion TENSION - COURANT
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