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GEL-3000Électroniquedescomposants
intégrés
Hiver2016- Amplificateuropérationnels:
configurationsdebase-
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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
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Amplificateuropérationnels:configurationsdebase
¨ Sujets:1. Bref rappel sur les amplificateurs2. Caractéristiques de l’amplificateur opérationnel3. L’ampli-op idéal4. Configurations de base en boucle fermée
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L’amplificateur(rappel)
¨ Amplificateurdesignal
AmplificateuravecchargeRL
Caractéristiquedetransfertd’unamplilinéaire
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L’amplificateur(rappel)
¨ Régimelinéaire
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L’amplificateur(rappel)¨ Lesquatretypesd’amplificateurs
(a) (b)
(c) (d)
Gaindetension Gaindecourant
Gaindetransconductance Gaindetransimpédance
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L’amplificateur(rappel)
¨ Modèled’unamplificateurdetension§ Amplidetensionidéal:Ri =∞,Ro =0,Avo =∞
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Amplificateuropérationnels:configurationsdebase
¨ Sujets:1. Bref rappel sur les amplificateurs2. Caractéristiques de l’amplificateur opérationnel3. L’ampli-op idéal4. Configurations de base en boucle fermée
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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
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L’amplificateuropérationnel¨ Définition,symboleetcaractéristiques
§ L’amplificateuropérationnel(ampli-op)estunamplificateurdifférentielutilisantlarétroactionnégative pourdonnerungaindetensionconnuetstabilisé
Symbol Ex.:Amplificateur avecrétroaction négative
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L’amplificateuropérationnel
¨ Définition,symboletcaractéristiques§ Songainenboucleouverte(sansrétroaction)est
trèsgrandv3 =A(v2-v1)§ L’impédanced’entrée(Zi)esttrèsgrande§ L’impédancedesortie(Zo)esttrèsfaible
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L’amplificateuropérationnel¨ L’ampli-opréelcomporteplusieurssections
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L’amplificateuropérationnel¨ Ilexisteplusieurstopologiesdifférentesd’ampli-op
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Choixdubonampli-op
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L’amplificateuropérationnel
¨ Alimentationbipolaire(a,b)/unipolaire(c)
(c)
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¨ Alimentationunipolaire
+
−+
−
Vcc
vovi
½Vcc
I+
I−
L’amplificateuropérationnel
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Amplificateuropérationnels:configurationsdebase
¨ Sujets:1. Bref rappel sur les amplificateurs2. Caractéristiques de l’amplificateur opérationnel3. L’ampli-op idéal4. Configurations de base en boucle fermée
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’ampli-opidéal
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L’amplificateuropérationnel
¨ 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
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’ampli-opidéal:considérations§ L’ampli-opn’estjamaisutiliséenboucleouverte
sinonilsatureraitlasortie§ L’ampli-opestunampliàcouplagedirect
i.e.ilamplifielesfréquencesàpartirde0Hz§ Legainenboucleouverte(A)estungain
différentiel§ Ilyauncourt-circuitvirtuelentrev1 etv2
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Amplificateuropérationnels:configurationsdebase
¨ Sujets:1. Bref rappel sur les amplificateurs2. Caractéristiques de l’amplificateur opérationnel3. L’ampli-op idéal4. Configurations de base en boucle fermée
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L’amplificateuropérationnel
¨ Suiveurdetension
Modèle d’amplidetension idéal
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Lesamplificateurs
¨ Exemple:Suiveurdetension§ Caractéristiquesdelasourceetdelacharge−RL =1Ω−Rs =9Ω
§ Utiliserunamplificateurensuiveurdetension−A =∞−Ri =∞Ω−Ro =0Ω
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’ampliinverseur
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’ampliinverseuridéal
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’ampliinverseuridéal§ GainenboucleferméesiA =∞
§ Impédanced’entréeZin =vI/i1 =R1§ L’ampliinverselesignal(polariténégative)§ G dépenddecomposantspassifsexternes§ G eststableetprécisetnedépendpasdeA
G =vOvI= −R2R1
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L’amplificateuropérationnel¨ L’ampliinverseur:exercice
§ Déterminerv1,i1,i2,vo,iL,io,vo/v1 etiL/i1
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L’amplificateuropérationnel¨ Application:l’ampliadditionneur
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L’amplificateuropérationnel¨ Exemple:Coefficientsdesignesdifférents
vO = ...
vy
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’amplinon-inverseur
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’amplinon-inverseuridéal
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’amplinon-inverseuridéal§ GainenboucleferméesiA =∞
§ Impédanced’entréeZin =∞§ Commelecourantdansv− estnul,lecircuitse
comportecommeundiviseurdetensionrapportantunefractiondevo àv−
G =vOvI=1+
R2R1
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’ampliinverseur§ Effetdugainfini
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’ampliinverseur:effetdugainfini§ GainenboucleferméesiA estfini
§ SiA è ∞,alorsGè -R2/R1
§ PourdiminuerladépendancedeG surA,ilfaut1+R2/R1 <<A
G =vOvI= −
R2 / R1
1+ 1+ R2R1
"
#$
%
&' / A
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L’amplificateuropérationnel
¨ 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
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L’amplificateuropérationnel
¨ L’ampliinverseuravecimpédances
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L’amplificateuropérationnel
¨ Ampliintégrateurinverseur
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L’amplificateuropérationnel
¨ Ampliintégrateur§ Réponsetemporelle
§ RC:constantedetempsdel’intégrateur§ VC:tensioninitialeauxbornedeC àt =0
vO (t) = −1RC
vI (t)dt −VC0
t
∫
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L’amplificateuropérationnel
¨ Ampliintégrateur:résumé§ Réponseenfréquence
§ Gainetphase
Vo (s)Vi (s)
= −1sRC
Vo ( jω)Vi ( jω)
= −1
jωRC
VoVi
=1
ωRCφ = +90°
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L’amplificateuropérationnel
¨ Ampliintégrateurinverseur
Problème:gaininfini enDC…
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L’amplificateuropérationnel
¨ Ampliintégrateurinverseur§ PossèdeungainfinienDC
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L’amplificateuropérationnel
¨ Amplidifférentiateur
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L’amplificateuropérationnel
¨ Amplidifférentiateur:résumé§ Réponsetemporelle
vO (t) = −RCdvI (t)dt
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L’amplificateuropérationnel
¨ Amplidifférentiateur:résumé§ Réponseenfréquence
§ Gainetphase
Vo (s)Vi (s)
= −sRCVo ( jω)Vi ( jω)
= − jωRC
VoVi
=ωRC φ = −90°
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L’amplificateuropérationnel
¨ Amplidifférentiateur
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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