1Cours d'électronique

IUT

Mesures Physiques

Universitéde CAEN

1ère Année 8ème leçon : L 'Amplificateur8ème leçon : L 'AmplificateurOpérationnel Par fait (AOP)Opérationnel Par fait (AOP)

• I . L 'amplificateur opérationnel réel (AO)– Rappels sur l'amplification– Symboles de l'AO

– Descr iption– Domaine de linéar ité

• I I . Réaction et contre-réaction

• I I I . L 'amplificateur opérationnel par fait• VI . Exemples d'applications

2Cours d'électronique

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1ère Année

L'amplificateur opérationnel réel

• Rappels sur l'amplification

Amplificateur

Alimentation

Source(Capteur) ChargePi

Pa

Pu

Pd

3Cours d'électronique

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1ère Année

Propr iétés d'un amplificateur

• Puissance de sor tie >> Puissance incidente

• La puissance supplémentaire est fournie par l'alimentation

• L 'alimentation ser t en même temps à polar iser les transistors

• Si le signal de sor tie a la même forme que le signal de sor tie,l'amplificateur est linéaire

4Cours d'électronique

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1ère Année Symboles d'un AmplificateurOpérationnnel (AO)

• Symbole AFNOR+UCC

-UCCu2

u-

u+

5Cours d'électronique

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1ère Année Symboles d'un AmplificateurOpérationnnel (AO)

• Symbole MIL (US)

u-u+

u2

+UCC

-UCC

6Cours d'électronique

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1ère Année

Propr iétés de base d'un AO

• I l est alimenté entre +UCC et -UCC(=> c'est push-pull qui fournit le signal de sor tie)

• I l amplifie la différence de potentiels entre ses deux entrées(=> c'est une paire différentielle qui recueille les entrées)

u2 = uout = A(u+ - u-)

• L 'amplification est énorme : A = 105

• Les impédances d'entrée sont énormes : Z+ ~ Z- ~

7Cours d'électronique

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1ère Année

Branchement d'un AO

• Le boitier standard est un DIL à 8 broches

1 2 3 4

5678+UCC

-UCC

Sor tie

EntréeInverseuse

Entrée Non-Inverseuse

8Cours d'électronique

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1ère Année

Schéma fonctionnel d'un AO

• A l'entrée : une paire différentielle

• A la sor tie : un push-pull

• Entre les deux : Ca dépend de la technologie et du fabr icant

Etage différentield'entrée (a)

Etage (b)d'amplification

Etage (c)de sortie

u+

u-uout

9Cours d'électronique

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1ère Année

Saturations

• Caractér istique de transfer t d'un AO, avec les mêmes échelles enabscisse et en ordonnée

-

USAT+

USAT-

(V)

u - u+ -

(V)uout

Attention :USAT+ # USAT-

10Cours d'électronique

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1ère Année

Domaine linéaire

• Caractér istique de transfer t d'un AO, avec des échellesdifférentes en abscisse et en ordonnée

(µV)

uout

u - u+ -

(V)

USAT-

USAT+

Uoff

Uoff, la tension dedécalage peut êtreconsidérée à l'entréeou à la sor tie

11Cours d'électronique

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1ère Année

Conditions de linéar ité

• Un AO sature dès que u+ # u-

• Un AO est linéaire si et seulement si :

USAT- < uout < USAT-

iout < IOUTM

Ni la tension ni le courant de sor tie ne sont saturés

12Cours d'électronique

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1ère Année

Réaction et Contre-réaction

• Réaction :Réinjecter une par tie de la sor tie à l'entrée non-inverseuse

Effet : augmente le gain

• Contre-réaction :Réinjecter une par tie de la sor tie à l'entrée inverseuse

Effet : diminue le gain, modifie les ipédances

13Cours d'électronique

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1ère Année

AO réactionné : Tr igger

• Tr igger inverseur hystérétique

R2

R1u2

u1

i+ est négligeable, donc R1 et R2 forment un pont diviseur en sor tie ouver te.

u+ ser t de seuil (var iable suivant u2 = USAT+ -) au système

Pour commencer, faire unehypothèse : u2 = USAT+

14Cours d'électronique

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1ère Année

Caractér istique d'un tr igger

• ... ou comparateur à hystérésis

USAT+

USAT-

(V)

(V)u2

u-

L'hystérésis permet d'éviterles basculements répétitifs lorsquel'entrée est proche du seuil

15Cours d'électronique

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1ère Année AO réactionné :Un amplificateur linéaire

• Exemple de circuit contre-réactionné

R2

R1u2

u1

u+ - u- est alors négligeable devant les autre tensions

L 'AO est stable dans son domaine linéaire

16Cours d'électronique

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1ère Année Caractér istique de transfer td'un Amplificateur linéaire

• La contre-réaction élargit le domaine linéaire de l'AO

USAT+

USAT-

(mV)

u - u+ -

(V)uout

Contre

-réac

tionn

é

Domaine linéaire

17Cours d'électronique

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1ère Année A quelle conditionun AO est-il par fait ?

• Un Amplificateur Opérationnel peut être considéré commepar fait si et seulement si il fonctionne dans son domaine linéaire

Le plus souvent,Le plus souvent,un Amplificateur Opérationnelun Amplificateur Opérationnel

peut être considéré comme par faitpeut être considéré comme par faitlorsqu'il est contre-lorsqu'il est contre-réactionnéréactionné

18Cours d'électronique

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1ère Année

Propr iétés de l'AOP

• Un gain infini : A =

• Un tension différentielle d'entrée nulle : u+ = u-

• Des courants d'entrée nuls : i+ = i- = 0

• Une impédance de sor tie nulle

• Une bande passante infinie

• Une tension de décalage nulle

19Cours d'électronique

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1ère Année

Rappel des propr iétés de l'AO

• Un gain fini, très grand : A ~ 105

• Une tension différentielle d'entrée petite devant les autre tensions,lorsque l'AO est dans son domaine linéaire

• Des impédances d'entrée Z+ & Z- très élevées

• Une impédance de sor tie Zout très faible

• Une fréquence de transition constante(fT = gain * bande passante)

• Une tension de décalage Uoff non nulle, mais corr igeable

20Cours d'électronique

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1ère Année

L'amplificateur suiveur

• i+ = i- = 0, R1 et R2 forment unpont diviseur en sor tie ouver te

• u+ = u-

• Soit donc :

R2

R1u2

u1

u2 u1

R2 R1

= 1 +

21Cours d'électronique

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1ère Année

Le tampon d'impédance ou buffer

• u2 = u- = u+ = u1

u1

+UCC

+UCC u2

22Cours d'électronique

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1ère Année

L'amplificateur inverseur

• i- = 0, donc le même courant circule dans R1 et dans R2

R1

R2

u1u2

u2 u1

R2 R1

= -

23Cours d'électronique

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1ère Année

Le sommateur inverseur

• Le courant dans R est la somme des courant dans les Rk

RR1

u1 R2

uo

R3u2

u3

24Cours d'électronique

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1ère Année

L'amplificateur de différence

• Fonctionne idéalement si: R1 = R3 & R2 = R4 R2

R1

u1

uout

R3

R4u2

uout = (u2 - u1) R2 R1

25Cours d'électronique

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1ère Année

L'amplificateur exponentiel

• La tension de sor tie dépend du courant de diode passante

R

u1u2

i

26Cours d'électronique

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1ère Année

L'amplificateur logar ithmique

• La tension de sor tie dépend de la tension de diode passante

R

u1u2

i

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1ère Année

Réaction avec Contre-réaction

• Pour que l'AO puisse êtreconsidéré comme par fait, il fautque la contre-réaction soitsupér ieure à la réaction

• Supposer d'abord l'AO par fait,puis s'en assurer à la fin ducalcul

• Ici, u2 et u1 doivent être enopposition de phase

R2

R'

R"

R1

u1

u2

i1