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
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)
VdM
Vs
-Vsat
-VdM
Caractéristique de transfert:
�
On distingue différents type de fonctionnement :
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
Vs= Vsat pour Vd> VdM et Vs=- Vsat pour Vd< -VdM
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
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
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
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
Ve
-
+
Vs
Σ
N
R2
Vs
i1
Ve
R1
I-=0
-
+
Charge
N
Ve
Charge
Σ
Vs
i1
I-=0
-
+
AOI
Amplificateur de courant :
�
;
masse virtuelle
R
+
-
Vs
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
I
I1
R2
Ve2
Vs
R1
-
+
Ve1
R4
R3
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+
V_=0
Id
iC
R
-
+
Ve
VS
Ve
Id
D
Vs
-
+
R
Vs
R
Ve
-
+
C
IC
�
et
avec
i_=0
Ve
Id
Vs
-
+
R
D
Id
Vd