Electronique Analogique - Agadir

Electronique AnalogiqueAmplificateur différentiel &

Introduction aux amplificateurs opérationnels

(AOP)

Présenté par: Boubkar BAHANI

Année : 2019/2020

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PLAN• Introduction aux amplificateurs opérationnels (A.O.)

Symbole et bornes d’alimentation

Amplificateur opérationnel idéal

Amplificateur opérationnel pratique

• Amplificateur différentiel

Fonctionnement de base

Modes de fonctionnement

Entrée unique

Entrée différentielle

Taux de rejet en mode commun (CMRR)

• Paramètres d'A.O.

Tension de décalage d'entrée

Courant de polarisation d'entrée

Impédance d'entrée

Courant de décalage d'entrée

Echelle des tensions d'entrée en mode commun

Gain en tension en boucle ouverte Abo

Taux de rejet en mode commun

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INTRODUCTION AUX AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS (A.O.)

Symbole et bornes d’alimentations

2 bornes d'entrée Entrée Inverseuse (-) et Entrée Non Inverseuse (+)

1 borne de sortie.

A.O. type 2 tensions d'alimentation c.c. : une Positive et l'autre Négative.

a) Symbole b) Symbole avec bornes d'alimentation c.c.

Symboles d'amplificateurs opérationnels

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Amplificateur opérationnel idéal


A.O. à caractéristiques idéales.

A.O. Gain en tension (Av) Infini et Largeur de Bande Passante Infinie.

A.O. Impédance d'entrée (Zen) Infinie (circuit ouvert).

A.O. Impédance de sortie (Zsor) Nulle.

Ven : Tension d'entrée entre bornes de l'entrée

Vsor = Av . Ven : Tension de sortie

Représentation de l'A.O. Idéal

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Amplificateur opérationnel pratique


L'A.O. à circuits intégrés (CI) a ses limites

A.O. -V < Vsor(crête-crête) < +V

Isortie également limité par des restrictions internes (dissipation de puissance …)

Caractéristiques d'A.O. pratique :

Gain en tension (Av) très élevé et Largeur de Bande Passante élevée.

Impédance d'entrée (Zen) très élevée

Impédance de sortie (Zsor) très faible

Représentation de l'A.O. Pratique

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AMPLIFICATEUR DIFFÉRENTIEL

Etages d'Amplificateur différentiel :

font partie d'un A.O.

fournissent Av élevé et

un Rejet en Mode Commun

Amplificateur différentiel 2 sorties, alors que A.O. n'en possède que 1 seule.

a) Circuit b) Symbole

Amplificateur différentiel de base

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Fonctionnement de base


Supposition : Transistors identiques, afin que les courants c.c. aux émetteurs soient identiques si pas de

signal à l'entrée.

Analyse c.c. du fonctionnement de l'amplificateur différentiel :

Fonctionnement de base d'un

amplificateur différentiel avec

Entrées à la masse

IE1 = IE2

Puisque IE1 et IE2 se combinent à travers RE : où

Soit l'approximation IC = IE

Comme IC1 = IC2 et RC1 = RC2 (pour une tension d'entrée est nulle) :

VC1 = VC2 = VCC - IC1 . RC1

1- 2 Entrées à 0 V, Emetteurs sont à -0,7 V :

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2- Entrée 2 à 0 V, alors qu'Entrée 1 sur +VB :



Entrée 1 sur VB et Entrée 2 à la masse

+VB à la base de Q1 de IC1 et VE = VB - 0,7 V

Réduction de la polarisation directe (VBE) sur Q2 puisque sa base est à 0 V

de IC2

de IC1 de VC1 et

de IC2 de VC2


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3- Entrée 1 à 0 V, alors qu'Entrée 2 sur +VB :



Entrée 2 sur VB et Entrée 1 à la masse

+VB à la base de Q2 de IC2 et de VE

Polarisation directe de Q1 réduite, puisque sa base est à 0 V de IC1

de IC2 Apparition de VC2 et de IC1 de VC1


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+

+ +

+

Entrée unique

Tension de signal amplifiée et inversée apparaît à la Sortie 1 et

Un signal en phase apparaît aussi à l'Emetteur de Q1

b) Entrée 1 à la masse et Signal appliquée à l'Entrée 2

Signal amplifié par Q1 et apparaît Non inversé à la Sortie 1

a) Entrée 2 à la masse et Signal appliquée à l'Entrée 1

Modes de fonctionnement

Comme les émetteurs de Q1 et Q2 sont communs

Signal émetteur Entrée pour Q2 fonctionnant en amplificateur à base commune.

Signal amplifié par Q2 et apparaît Non inversé à la Sortie 2.


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Entrée différentielle

2 signaux de polarités opposées (déphasés) sont appliqués aux Entrées 1 et 2

Théorème de superposition :1) Entrée 1 agit seule comme unique PUIS

2) Entrée 2 agit seule comme unique 1.Vcrête

Remarques : les Sorties 1 ont même polarité, de même pour les Sortie 2

3) Superposons les Sortie 1 et Sortie 2 fonctionnement total différentiel 2Vcrête


a) Entrées différentielles

Fonctionnement en mode différentiel d'un amplificateur différentiel

+

++

+

b) Sorties causées par Ven1 c) Sorties causées par Ven2 d) Sorties totales avec les entrées différentielles

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Entrée en mode commun

Mode commun : 2 entrées de même phase, même fréquence et même amplitude.

Théorème de superposition :

1) Entrée 1 agit seule comme unique PUIS

2) Entrée 2 agit seule comme unique

Remarques : les Sorties 1 ont des polarité opposées, de même pour les Sortie 2.

a) Entrées en mode commun d'un

amplificateur différentiel

Fonctionnement en mode commun d'un amplificateur différentiel

+

-+

-

b) Sorties causées par Ven1 c) Sorties causées par Ven2

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3) Appliquons les mêmes signaux aux 2 entrées

Sortie 1 et Sortie 2 sont superposées et s'annulent Vsor = 0.

Action appelée Rejet en Mode Commun.

Fonctionnement en mode commun d'un amplificateur différentiel

+-

d) Signaux en mode commun appliqués

Sortie de même amplitude et phase opposée

0 V aux sorties

Entrée en mode commun

Mode commun : 2 entrées de même phase, même fréquence et même amplitude.

Théorème de superposition : Entrée 1 ET Entrée 2 agissent

Le Rejet en Mode Commun empêche les bruits d'apparaître aux sorties.

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Habileté d'un amplificateur à rejeter les signaux en mode commun.

Idéalement, amplificateur différentiel

Gain infini en mode différentiel et Gain nul en mode commun.

En réalité, amplificateurs différentiels

Gain élevé en mode différentiel et Gain très faible en mode commun.

Mesurer la capacité à rejeter les signaux indésirables en mode commun :

c’est établir le rapport entre Gain différentiel Av(d), et Gain en mode commun Amc

Soit :

Plus le CMRR est élevé, meilleur c’est.

Le CMRR s’exprime en décibels (dB) par :

Taux de Rejet en Mode Commun (CMRR : Common Mode Rejection Ratio)

Exemple 12-1 :Un amplificateur différentiel possède un gain en tension différentiel de 2000 et un gain en mode commun de 0,2.

Déterminez le taux de rejet et exprimez-le en décibels.

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Tension de décalage d'entrée (OFFSET)

A.O. Idéal 0 V à sa sortie pour une entrée de 0 V

A.O. Pratique faible tension c.c. VSOR(erreur) apparaît à la sortie lorsqu’aucune tension d'entrée

différentielle n'est appliquée.

Légère VBE des 2 transistors de l'étage de l'entrée différentielle.

En général : VSOR = IC2 . RC - IC1 . RC

Petit DVBE de Q1 et Q2 Légère différence entre IC1 et IC2 VSOR 0

Tension de décalage d'entrée (Input Offset Voltage) VOS : Tension c.c. requise entre les 2 entrées pour

avoir une sortie différentielle de 0 V.

Illustration de la tension de décalage d'entrée VOS

PARAMETRES D'A.O.

b) Tension de décalage

d'entrée

élimine tension

d'erreur à la sortie

a) VBE1VBE2

petite tension

d'erreur à la sortie

VOS(Type) 2 mV ou moins

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L'échelle en mode commun :

Echelle des tensions d'entrée lorsqu'elles sont appliquées simultanément aux 2 entrées.

Aucun écrêtage ou autre distorsion à la sortie.

Echelle en mode commun : ±10 V pour des Tensions d'alimentation c.c. de ±15 V.

Gain en tension en boucle ouverte Abo

Gain en tension en boucle ouverte (Abo) : Gain en tension interne de l'A.O.

Taux de DVsortie en fonction de Ventrée si aucun composant externe n'est relié à l'A.O.

50000 < Aol < 200000

Taux de rejet en mode commun

Définition du CMRR d'un A.O. :

Où Abo est le Gain en boucle ouverte et Amc le Gain en mode commun

Ou encore exprimé en dB (décibels) :

Exemple 12-3 :Un ampli-op possède un gain en boucle ouverte de 100000 et un gain en mode commun de 0,25. Déterminez le

taux de rejet en mode commun en décibels.

PARAMETRES D'A.O.

Echelle des tensions d'entrée en Mode Commun

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Fin

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Solution 12-1 :

CMRR = 2 000/0,2 = 10 000

CMRRdB = 80 dB

Solution 12-3 :

CMRR = 100 000/0,25 = 400 000

CMRRdB = 112 dB

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