GEL-3000 Électronique des composants...

GEL-3000Électroniquedescomposants

intégrés

Hiver2016- Amplificateuropérationnels:

configurationsdebase-

Hiver2016©UniversitéLavalB.Gosselin(2016)

GEL-3000Électronique descomposantsintégrés 2

Amplificateuropérationnels:configurationsdebase

¨ Conditions préalables:§ Rappel sur les amplificateurs et fonct. de transferts (chap. 1)§ Lecture du chap. 2, sections 2.1 à 2.3

¨ Plan du cours (sujets):1. Bref rappel sur les amplificateurs2. Caractéristiques de l’amplificateur opérationnel3. L’ampli-op idéal4. Configurations de base en boucle fermée

¨ Résultats attendus:§ Connaître et comprendre les caractéristiques de l’ampli-op

idéal§ Analyser et concevoir plusieurs circuits à base d’ampli-op§ Utiliser le principe de la rétroaction négative




¨ Sujets:1. Bref rappel sur les amplificateurs2. Caractéristiques de l’amplificateur opérationnel3. L’ampli-op idéal4. Configurations de base en boucle fermée



L’amplificateur(rappel)

¨ Amplificateurdesignal

AmplificateuravecchargeRL

Caractéristiquedetransfertd’unamplilinéaire




¨ Régimelinéaire



L’amplificateur(rappel)¨ Lesquatretypesd’amplificateurs

(a) (b)

(c) (d)

Gaindetension Gaindecourant

Gaindetransconductance Gaindetransimpédance




¨ Modèled’unamplificateurdetension§ Amplidetensionidéal:Ri =∞,Ro =0,Avo =∞



L’amplificateuropérationnel¨ Définitionsetconfigurationsboucles

fermées debase

• Caractéris-tiques

• Ampli-opidéal

• Ampliinverseur

• Ampli non-inverseur

• Ampliadditionneur

• Intégrateur• Dérivateur

• Redresseur deprécision

• Amplilogarithmique

• Ampliexponentiel

• Imperf.DC,petitsignal etgrandsignal

• Courantdepolarisation

• Impédanced’entrée/sortiefinies

Définitions Circuitslinéaires Circuitsnon-linéaires

Imperfectionsdesampli-op



L’amplificateuropérationnel¨ Définition,symboleetcaractéristiques

§ L’amplificateuropérationnel(ampli-op)estunamplificateurdifférentielutilisantlarétroactionnégative pourdonnerungaindetensionconnuetstabilisé

Symbol Ex.:Amplificateur avecrétroaction négative



L’amplificateuropérationnel

¨ Définition,symboletcaractéristiques§ Songainenboucleouverte(sansrétroaction)est

trèsgrandv3 =A(v2-v1)§ L’impédanced’entrée(Zi)esttrèsgrande§ L’impédancedesortie(Zo)esttrèsfaible



L’amplificateuropérationnel¨ L’ampli-opréelcomporteplusieurssections



L’amplificateuropérationnel¨ Ilexisteplusieurstopologiesdifférentesd’ampli-op



Choixdubonampli-op




¨ Alimentationbipolaire(a,b)/unipolaire(c)

(c)



¨ Alimentationunipolaire

+

−+

−

Vcc

vovi

½Vcc

I+

I−





¨ L’ampli-opidéal




¨ L’ampli-opidéal:Résumé§ Ii =0A è Ri =∞§ v3 =A(v1 – v2)indépendantdei0 è Ro =0§ Réponseenfréquence:bandepassanteinfinie

i.e.songainestconstantpourtouteslesfréquences

§ Gainenboucleouverteinfini(A =∞)§ Gainenmodecommunnul(rejetdumode

communinfini),i.e.siv1 =v2,alorsv3 =A�0=0




¨ L’ampli-opidéal:considérations§ L’ampli-opn’estjamaisutiliséenboucleouverte

sinonilsatureraitlasortie§ L’ampli-opestunampliàcouplagedirect

i.e.ilamplifielesfréquencesàpartirde0Hz§ Legainenboucleouverte(A)estungain

différentiel§ Ilyauncourt-circuitvirtuelentrev1 etv2




¨ Suiveurdetension

Modèle d’amplidetension idéal



Lesamplificateurs

¨ Exemple:Suiveurdetension§ Caractéristiquesdelasourceetdelacharge−RL =1Ω−Rs =9Ω

§ Utiliserunamplificateurensuiveurdetension−A =∞−Ri =∞Ω−Ro =0Ω




¨ L’ampliinverseur




¨ L’ampliinverseuridéal




¨ L’ampliinverseuridéal§ GainenboucleferméesiA =∞

§ Impédanced’entréeZin =vI/i1 =R1§ L’ampliinverselesignal(polariténégative)§ G dépenddecomposantspassifsexternes§ G eststableetprécisetnedépendpasdeA

G =vOvI= −R2R1



L’amplificateuropérationnel¨ L’ampliinverseur:exercice

§ Déterminerv1,i1,i2,vo,iL,io,vo/v1 etiL/i1



L’amplificateuropérationnel¨ Application:l’ampliadditionneur



L’amplificateuropérationnel¨ Exemple:Coefficientsdesignesdifférents

vO = ...

vy




¨ L’amplinon-inverseur




¨ L’amplinon-inverseuridéal




¨ L’amplinon-inverseuridéal§ GainenboucleferméesiA =∞

§ Impédanced’entréeZin =∞§ Commelecourantdansv− estnul,lecircuitse

comportecommeundiviseurdetensionrapportantunefractiondevo àv−

G =vOvI=1+

R2R1




¨ L’ampliinverseur§ Effetdugainfini




¨ L’ampliinverseur:effetdugainfini§ GainenboucleferméesiA estfini

§ SiA è ∞,alorsGè -R2/R1

§ PourdiminuerladépendancedeG surA,ilfaut1+R2/R1 <<A

G =vOvI= −

R2 / R1

1+ 1+ R2R1

"

#$

%

&' / A




¨ L’amplinon-inverseur:effetdugainfini§ GainenboucleferméesiA estfini

§ SiA è ∞,alorsGè 1+R2/R1

§ PourdiminuerladépendancedeG surA,ilfaut1+R2/R1 <<A

G =vOvI= −

1+ R2 / R1

1+ 1+ R2R1

"

#$

%

&' / A




¨ L’ampliinverseuravecimpédances




¨ Ampliintégrateurinverseur




¨ Ampliintégrateur§ Réponsetemporelle

§ RC:constantedetempsdel’intégrateur§ VC:tensioninitialeauxbornedeC àt =0

vO (t) = −1RC

vI (t)dt −VC0

t

∫




¨ Ampliintégrateur:résumé§ Réponseenfréquence

§ Gainetphase

Vo (s)Vi (s)

= −1sRC

Vo ( jω)Vi ( jω)

= −1

jωRC

VoVi

=1

ωRCφ = +90°




¨ Ampliintégrateurinverseur

Problème:gaininfini enDC…




¨ Ampliintégrateurinverseur§ PossèdeungainfinienDC




¨ Amplidifférentiateur




¨ Amplidifférentiateur:résumé§ Réponsetemporelle

vO (t) = −RCdvI (t)dt




¨ Amplidifférentiateur:résumé§ Réponseenfréquence

§ Gainetphase

Vo (s)Vi (s)

= −sRCVo ( jω)Vi ( jω)

= − jωRC

VoVi

=ωRC φ = −90°




¨ Amplidifférentiateur



L’amplificateuropérationnel¨ Exercicessuggérés

§ SedraandSmith−Exercices1.12,1.13,1.15,1.16,1.18,1.22−Exemples2.1,2.2,2.4,2.5−Exercices2.6,2.9,2.13−Problèmes2.8,2.12,2.14,2.20,2.22,2.80,2.81,2.83et

2.86

¨ Lecturesàfaire§ Chapitre2,sections2.6et2.7

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