1 of 11

V-

+VCC

-

V+

Vs

Vd

-VCC

+

V-

-

V+

Vs

Vd

+

LES AMPLIFICATEURS OPERATIONELS

​

​

Définition : Un amplificateur opérationnel est un circuit intégré( CI,microship) présenté sous forme d’une boite à huit broches contenant des composants actifs et passifs alimentés par deux sources +Vcc et –Vcc. Il n’amplifie pas un seul signal d’entrée mais la différence entre deux signaux d’entrée (amplificateur différentiel) . Il est appelé AO car il réalise des opérations mathématiques telle que l’addition, la soustraction, l’intégration, dérivation…etc.

Présentation :

a) il est symbolisé par

VS : Tension de sortie unique

V+ : entrée non inverseuse: les 2 signaux d’entrée et de sortie sont en phase

V- : entrée inverseuse puisque toute variation d’un signal d’entrée appliqué à

​

cette borne produit un signal en opposition de phase à la sortie.

b) symbole usuel :

L’AO est utilisé pour plusieurs applications en électronique analogique, comme amplificateurs, comparateur, commutateur digital…etc

2 of 11

Modèle de l’AO avec alimentation et charge:

 

 

 

Diviseur de tension dans les deux mailles:

Vg

re

rs

rg

RC

Ve

V+

V_

Vs

V0=A0(V+-V_)=A0Ve

​

générateur

charge

Amplificateur opérationnel

 

 

 

 

Modèle simplifié de l’OA:

V-

V+

Vs

Vd

+

rs

re

AdVd

​

-

entrées

sortie

(inverseuse)

( non inverseuse)

 

Valeurs typiques:

104≤Ad≤106

re≤106Ω

rs≤100Ω

(1)

3 of 11

​

VdM

Vs

​

-Vsat

​

-VdM

Caractéristique de transfert:

​

�

On distingue différents type de fonctionnement :

  • Fonctionnement linéaire : l’AO délivre une tension de sortie proportionnelle à la différence de potentiel Vd entre ses deux bornes (Vd= V+ - V-)

VS= Ads(V+ - V-)= AdsVd

Ads est le gain differentiel en boucle ouvert. Dans ce cas on a

-Vsat< Vs< +Vsat et -VdM< Vd< +VdM

En régime linéaire la pente de cette région s’écrit : Ads= Vsat/ VdM

Vsat est légerement inférieur à VCC , VdM est faible (souvent négligeable en première approximation) et Ads est de l’ordre de 105.

​

Vd

fonctionnement

linéaire

Saturation en

tension (positive)

Saturation en

tension (négative)

Destruction

​

Destruction

​

  • Régime de saturation : Les deux régions de saturation on a :

Vs= Vsat pour Vd> VdM et Vs=- Vsat pour Vd< -VdM

  • Destruction de l’AO : pour des grandes valeurs de Vd (quelques volt en général) on détruit l’AO suite à une forte dissipation d’énergie dans les composants et les éléments qui le composent.

Courants d’entrée, courant de sortie et saturation en courant : Les courants d’entrée i+ et i- sont très faibles à tel point qu’on peut les négliger en première approximation.

Le courant de sortie ne dépasse pas quelques dizaines de mA. Quand il atteint la valeur maximale, il y a saturation en courant. –ISM< is< + ISM

​

Vsat

4 of 11

comparateur

Ve

Vr

Vs

Ve

Vr

Vs

+

-

Ve

Vs

Vcc

-Vcc

Si Ve≥0 Vs=Vsat

Si Ve≤0 Vs=-Vsat

Si Ve>Vr Ve-Vr>0 Vs=Vsat

Si Ve<Vr Ve-Vr<0 Vs=-Vsat

Vsat légèrement inférieur à Vcc

Vsat

-Vsat

t

t

Si Ve>Vr

Si Ve<Vr

t1

t2

5 of 11

Vd

Vs

L’AO idéal (AOI) : Il est caractérisé par :

​

​

un gain Avs= Vs / Vd infini c’est à dire que Vd est nulle. Ceci se traduit par V+= V-

L’impédance d’entrée est infinie les courants i+= i-=0

Caractéristique de transfert:

​

Vsat

-Vsat

6 of 11

Σ

R2

I1

Vs

Ve

R1

I-=0

-

+

Ve

-

+

Vs

R2

Vs

I

Ve

R1

I-=0

-

+

Montages fondamentaux : tous les montages fondamentaux classiques peuvent se ramener à l’un des montages suivants :

​

​

Montage inverseur : AOI on a V+ = V-=0 puisque la borne + est reliée à la masse (le point Σ est appelé la masse virtuelle)

​

De même i+ = i-=0

​

​

​

et

​

Montage non inerseur : AOI V+ = V- , i+ = i-=0 en utilisant la loi de diviseur de courant :

Or i1=i2=ie puisque i_=0

7 of 11

Ve

-

+

Vs

Σ

N

R2

Vs

i1

Ve

R1

I-=0

-

+

Charge

N

Ve

Charge

Σ

Vs

i1

I-=0

-

+

  • Montage suiveur :

​

AOI

​

​

Amplificateur de courant :

​

�

  • convertisseur tension courant

​

​

 ;

​

​

  • convertisseur courant tension

​

masse virtuelle

R

+

-

Vs

8 of 11

Vs

R

R2

R1

-

+

Ve2

Ve1

Quelques applications de l’AO : Calcul analogique

La première vocation de l’AO est la réalisation des opérations mathématiques. . Pour cela et par analogie, les termes de l’équation à résoudre sont simulés à par les tensions (rarement les courants) qui sont appliquées à des circuits et électronique dont la réponse correspond à l’opération à effectuer.

​

​

Circuit additionneur

​

et

Si

Si

​

Si

i1

i2

i1+i2

i_=0

9 of 11

I

I1

R2

Ve2

Vs

R1

-

+

Ve1

R4

R3

  • Circuit soustracteur :

​

diviseur de tension

​

(1)

​

(2)

En multipliant l’équation (1) par

et l’équation (2) par

et en faisant la somme

​

​

Si

Ve1

Ve2

V_

V+

10 of 11

V_=0

Id

iC

R

-

+

Ve

VS

Ve

Id

D

Vs

-

+

R

Vs

R

Ve

-

+

C

IC

  • Circuit dérivateur :

​

�

  • Circuit intégrateur : 

​

​

et

  • Circuit Log népérien :

​

avec

i_=0

11 of 11

Ve

Id

Vs

-

+

R

D

Id

  • Circuit exponentielle:

Vd