Amplificateur Opérationnel I. Modèle de l`AOP II. Caractéristique de

Cours Amplificateur Opérationnel Ivan FRANCOIS
Amplificateur Opérationnel
Composant actif à base de transistors
Doit être alimenté par une source continue
Sert à amplifier des signaux et/ou faire des opérations sur ces signaux
Comportement différent suivant la fréquence des signaux
2 régimes : linéaire et saturation
I. Modèle de l’AOP
+Vcc
e+
e+
S
-Vcc
e+ entrée non inverseuse
e- entrée inverseuse
S : sortie
Vcc : alimentation symétrique
II. Caractéristique de transfert
Ve =e+ - e-
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• Régime saturé :
Ve< -ε ou Ve > +ε
Vs peut prendre 2 valeurs : +Vcc=Vsat ou –Vcc=-Vsat
• Régime linéaire
Vs=Ad.Ve
Ad : gain de l’aop (de l’ordre de 105)
Cette zone est très étroite. Ex : si Vcc=15v alors, ε = 15/105 = 15.10-5V
III.AOP idéal
On fait les hypothèses suivantes :
• Absence de courants d’entrée : i+=i-=0
• Gain infini Ad->∞
• Résistance de sortie nulle
• Résistance d’entrée infinie
+Vcc
-
e-
∞
+
e+
S
-Vcc
Rs
Ve
Vs
Re
Ad.Ve
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IV. Imperfections des AOP
a. Comportement en fréquence de l’AOP
Le gain de l’AOP dépend de la fréquence du signal d’entrée. Ad diminue avec la fréquence
comme un premier ordre
Ad =
Ado
Ado
=> T ( p ) =
f
p
1+ j
1+
fc
ωc
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On défini le produit gain-bande (facteur de mérite) M=Ado.fc
Ce produit gain-bande est constant lorsque l’AOP est inséré dans un montage de gain
A<<Ado et de fréquence de coupure fc’
A.fc’= Ado.fc
Exemple en montage inverseur
R2
i
R1
+
Ve
Vs
Vs+R2.i+ε=0 soit i=-( ε+Vs)/R2
Ve-R1.i+ ε=0 soit i=(Ve+ ε)/R1
Donc
Ve + ε
Vs + ε
=−
=> R 2.Ve + R 2.ε = − R1.Vs − R1.ε
R1
R2
R2
R1
ε =−
Ve −
Vs = K1.Ve − K 2.Vs
R1 + R 2
R1 + R 2
Ve
K1
Vs
+
-
ε
T(p)
K2
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Ve
K1
K2
Vs
+
-
ε
Vs K1 K 2.T ( p )
R2
=
.
=−
H ( p)
Ve K 2 1 + K 2.T ( p)
R1
K1/K2=-R2/R1
T(p) étant un système du premier ordre avec
K = − K 2. Ado
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τ=
ωc
En boucle fermée, K’=K/(1+K)
ωc'= ωc.(1+K)
soit
K’. ωc’=K. ωc
Le produit gain bande est constant
b. Vitesse de balayage : slew rate
La vitesse de variation de la tension de sortie est limitée
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K2
T(p)
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SR = (
dVs
) max
dt
Fréquence maximale d'utilisation :
Soit une tension sinusoïdale vs = VSMax.sin(ωt) présente en sortie de l'AOP ; pour que cette
tension ne soit pas déformée, sa pente maximale (à l'origine) doit être inférieure à SR.
dvs /dt = ω.VSMax.cos(0) = ω.VSMax < SR donc f < SR/(2π.VSMax)
Ordre de grandeur : 0,5 V/µs pour un 741 13 V/µs pour un 081
Exemple : pour VSMax = 10 V et SR = 0,5 V/µs f < 8 kHz
Le slew rate se manifeste d'autant plus que :
• l'amplitude du signal de sortie est grande
• la fréquence du signal est élevée
c. Tension d’offset
Lorsque l’on applique une tension d’entrée nulle Ve=0 à un AOP, on constate que la tension
de sortie n’est pas nulle. Cette tension peut aller jusqu’à 5mV pour certains AOP.
Certains AOP possèdent des bornes permettant de compenser cette tension d’offset.
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