chap 5 amplificateur opérationnel

Electronique

Chapitre 5

I. AMPLIFICATIONI.1. Introduction

Un signal électrique provenant d’une antenne de radio ou de TV ou d’une tête de lecteur d’un magnétophone ou d’un d’un microphone est souvent « faible ». Pour le rendre exploitable, il faut l’amplifier. On utilise alors un

amplificateur.

I.2. Schéma général d’un amplificateurL’amplificateur peut être représenté par un quadripôle à l’entrée duquel on applique un signal de faible amplitude, on recueille à la sortie un

signal d’amplitude plus grande et de même allure.

Figure 1. Schéma d’un amplificateur.

I.3. But de l’amplificationOn suppose que le signal à amplifier est une grandeur sinusoïdale

de la forme:

: l’amplitude du signal (faible).Le but de l’amplification est alors d’obtenir un signal sinusoïdal de même allure

que celui de l’entrée mais d’amplitude plus grande. Ce signal sera de la forme:

RemarqueLe signal considéré précédemment peut être un courant ou une tension. Mais souvent le but d’une amplification est d’amplifier non seulement

une de ces grandeurs mais d’amplifier une puissance.

Pour obtenir une puissance , l’utilisation d’un organe de puissance auxiliaire est indispensable, qui est en général une source de tension

continue.

__________________________________________________________________________________Les amplificateurs opérationnels

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C’est ainsi que la configuration d’un amplificateur de puissance est schématisé.

Figure 2. Configuration d’un amplificateur de puissance.

I.4. Grandeur caractéristique d’un amplificateurLes principales grandeurs caractéristiques d’un amplificateur

linéaire définies en régime sinusoïdal permanent sont: *L’impédance d’entrée ; l’impédance de sortie ; *le gain en tension ; le gain en courant ; *la bande passante .

II. AMPLIFICATEUR IDEALUn amplificateur idéal est un quadripôle dont le courant à l’entrée est nul (

, par conséquent son impédance d’entrée est infinie ( . Par contre

celle de sortie est nulle) .


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Figure 3. Amplificateur idéal de tension.

III. AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL (AOP)III.1. Brochage d’un amplificateur opérationnel

Comme le montre la figure suivante, un amplificateur opérationnel est un circuit intégré à plusieurs broches ( généralement 8). Deux bornes constituent l’entrée, une la sortie, deux autres sont réservées pour la polarisation; deux bornes constituent les bornes d’offset, la dernière borne est non connectée

(NC).

Figure 4. Brochage d’un amplificateur opérationnel (LM 741).

Les bornes d’offset ( broches 1 et 5 ) servent à équilibrer l’amplificateur

opérationnel, en cas où il n’y a pas de signal appliqué à l’entrée ( ), on doit agir sur une tension appliquée aux bornes de l’offset par l’intermédiaire

d’un potentiomètre de telle manière à obtenir une tension nulle à la sortie.

III.2. Symbole et caractéristique d’un AOPIII.2.1. Symbole

Le symbole couramment utilisé pour représenter un amplificateur opérationnel est le suivant:


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Figure 5. Symbole d’un amplificateur opérationnel

III.2.2. Caractéristique d’un amplificateur opérationnelPour pouvoir exploiter la notice technique du constructeur de l’amplificateur opérationnel, il est important de connaître la définition de

chacune de ses caractéristiques.

III.2.2.1. Gain en tension

Il est encore appelé gain en boucle ouverte . Les valeurs courantes de ce gain en tension sont comprises entre 104 et 106.

III.2.2.2. Gain en mode communSi on applique la même tension Ve sur les deux entrées de l’amplificateur, on doit obtenir normalement : Vs = 0. Mais, en pratique, Vs

n’est pas nulle. On définit alors le gain en mode commun dont les valeurs sont inférieures à 1 par:

III.2.2.3. Taux de réjection en mode communCe taux exprime l’amplitude de l’amplificateur, c’est

le rapport du gain en tension par le gain en mode commun ; on le désigne par:

En se référant à la figure 5, on a:


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Pour atténuer l’effet de la valeur moyenne des deux tensions d’entrée et pour négliger l’effet du gain en mode commun., Le TRMC doit être le plus grand

possible. En pratique, le TRMC varie de 70 à 100 dB.

III.2.2.4. Impédance d’entréeC’est l’impédance vue sur une entrée quand l’autre est à la

masse. En pratique, la valeur de cette impédance peut aller au delà de 10 M.

III.2.2.5. Impédance de sortieC’est l’impédance vue sur la sortie quand les deux entrées sont court-circuitées. Pour un amplificateur opérationnel en circuit intégré,

l’impédance de sortie est généralement de l’ordre de 10 à 100 .III.2.2.6. Vitesse de balayage : Slew rate

Un amplificateur opérationnel amplifie correctement et sans distorsion un signal à condition que la vitesse de variation en sortie ne dépasse pas une valeur limite appelée vitesse de balayage ou slew rate de l’amplificateur. Cette vitesse dépend des conditions d’emploi et particulièrement du gain obtenu

en boucle fermée. Il est de l’ordre du V / s.

III.2.2.7. Bande passanteL’amplificateur opérationnel se comporte comme un filtre passe bas de gain élevé. Ce gain en boucle ouverte n’est constant que pour les fréquences ne dépassant pas quelques dizaines de Hz. On définit d’une part la fréquence de coupure correspondant à un gain de - 3 dB et d’autre part la

fréquence de transition correspondant à un gain égal à 1 ( 0 dB ).

III.2.2.8. SaturationTout amplificateur est polarisé par une ou deux sources de tension dont on ne peut jamais dépasser à sa sortie. c’est ainsi que la

caractéristique est saturée.


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Exemple

Pour un amplificateur opérationnel de gain alimenté par E = 15 V, la tension d’entrée maximale admissible pour que l’amplificateur

fonctionne en régime linéaire est:

RemarquePour un amplificateur opérationnel idéal, le gain en tension, le taux de réjection en mode commun, l’impédance d’entrée et la bande passante sont infinis, par contre l’impédance de sortie, les dérives de tension et de courant sont

nulles.IV. OPERATIONS ANALOGIQUES

L’appellation d’un amplificateur opérationnel se justifie par le fait qu’à l’aide de celui-ci on peut concevoir des circuits capables d’effectuer des opérations mathématiques. Il s’agit du changement de signe, de la multiplication

par une constante, de l’addition, de l’intégration et de la dérivation...

IV.1. Montage de base


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Soit:

IV.2. Inversion

Si , on a alors:

IV.3. Multiplication par une constante

Si , en posant on a:

IV.4. Intégration

Si on a:

En retournant à l’originale, on a:

C’est un intégrateur inverseur. Si on associe à ce montage un amplificateur inverseur de gain (-1), on obtient un intégrateur non inverseur.


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IV.5. Dérivation

Si on a:

En régime temporel, on a:

IV.6. SommationIV.6.1. Sommateur non inverseur

Considérons le montage de la figure suivante et calculons

en fonction de , ,.


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