MONTAGES A AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS (AOP) 1-Rappels Prenons pour exemple le circuit intégré classique LM741. e- : entrée inverseuse e+ : entrée non inverseuse i+= i- = Hypothèse simplificatrice d’étude : La tension de sortie vs ne peut évoluer qu’entre +Vcc et -Vcc : < vs < 2 – Les principaux montages linéaires 1°)Introduction La différence de potentiel entre les entrées e+ et e- est appelée tension d’entrée différentielle. On la note généralement ε. ε= Nous supposerons que l’AOP présente une amplification en tension Av infinie : vs = Av.ε ε= avec -Vcc < vs < +Vcc ε= -1- En pratique , les montages linéaires sont des montages dits à réaction négative ou contreréaction : la tension de sortie se trouve en partie rapportée sur l’entrée inverseuse. Contre-réaction 2°)Montage amplificateur inverseur vs = Le fait que la tension d’entrée ve soit reliée à l’entrée inverseuse e- par l’intermédiaire de R1 justifie le signe négatif de la relation (donc l’inversion ). Application : R2 =10kΩ R1=1kΩ Vcc = 15V t -2- 3°)Montage sommateur inverseur vs = Application : R3 =10kΩ R1=R2=1kΩ Vcc = 15V -3- 4°)Montage soustracteur Si on désire avoir la relation : vs = K(ve1-ve2) il faut alors K = K= Remarque : autre montage possible -4- 5°)Montage amplificateur non-inverseur vs = Cas particulier : si R2 = 0 et R1→ alors vs = On parle alors de montage _____________ Justification de l’intérêt du montage : 10V U 10V A vide : U= En charge : -5- U 6°)Montage intégrateur inverseur vs = Applications : Cas n°1 ve(t) = V̂e sinωt Cas n°2 -6- Commentaire On constate dans les deux cas précédents que la diminution de la fréquence peut entraîner l’écrêtage de la tension de sortie par saturation ( -Vcc < vs < +Vcc ). Si f = 0 , c’est à dire pour toute tension d’entrée continue, la sortie passera à Vcc ( l’intégration d’une constante donne une équation de droite). De plus dans le cas du signal carré , si f diminue trop , on commence à voir apparaître les allures exponentielles des tensions de charge et de décharge du condensateur de contreréaction. Finalement nous retiendrons que le montage intégrateur inverseur fonctionne correctement 1 aux « hautes fréquences » , plus précisément si ω >> . RC Pratiquement , on peut limiter l’amplification aux basses fréquences de la manière suivante : -7- 7°)Montage dérivateur inverseur vs = Applications : Cas n°1 ve(t) = V̂e sinωt Cas n°2 -8- Commentaire On constate que l’augmentation de la fréquence peut entraîner l’écrêtage de la tension de sortie par saturation ( -Vcc < vs < +Vcc ). De plus dans le cas du signal carré , si f augmente trop , les allures exponentielles des tensions de charge et de décharge du condensateur d’entrée deviennent visibles . Finalement nous retiendrons que le montage dérivateur inverseur fonctionne correctement aux 1 « basses fréquences » , plus précisément si ω << . RC Pratiquement , on peut limiter l’amplification aux hautes fréquences de la manière suivante : -9- 3-Les montages non linéaires 1°) Introduction : montage comparateur Contrairement aux montages précédents , l’amplificateur est ici en boucle ouverte (aucun retour de la sortie sur l’ entrée). La moindre tension différentielle ε est multipliée par l’amplification en tension Av supposée infinie : vs = Av.ε donc la sortie ne peut prendre que deux états possibles suivant le signe de la tension différentielle d’entrée. Si ε>0 (v+ > v -) alors vs = Si ε<0 (v+ < v -) alors vs = On prend généralement Vsat = Vcc De plus maintenant : 0 Exemple: - 10 - 2°)Montage comparateur à deux seuils (Trigger de Schmitt) La tension de sortie est en partie rapportée sur l’entrée non inverseuse e+ (ici par l’intermédiaire d’un pont diviseur). On parle maintenant de réaction positive dont l’effet renforce le phénomène vu en introduction . a)Expression des deux seuils de basculement : E1 et E2 ve(t) est comparée à v+(t) qui dépend deux tensions : E et vs(t) avec vs(t) = +Vcc ou -Vcc . - 11 - b)Cycle d’hystérésis Nous allons par exemple prendre pour ve(t) une tension triangulaire. Cycle d’hystérésis : vs = f(ve) - 12 - 3°)Exemple de montage impulsionnel : multivibrateur astable. Le montage utilise le principe du comparateur à deux seuils : la tension d’entrée ve(t) n’est autre que la tension de charge ou de décharge d’un condensateur à travers une résistance sous la tension +Vcc ou –Vcc . Etude du montage : voir exercice . 4-Complément :quelques imperfections des AOP 1°)Tension de décalage d’entrée ou d’offset En l’absence de signal d’entrée, la tension de sortie vs peut présenter une faible valeur. Celle-ci provient d’une dissymétrie entre les bornes e+ et e- . On appelle tension de décalage d’entrée ε d cette très faible valeur de ε ( qq mV, positive ou négative). Le circuit classique LM 741 intègre un dispositif permettant de compenser cette tension de décalage. 2°)Courants d’entrée Les courants d’entrée i+ et i- (de très faibles valeurs ) apportent aussi un décalage d’entrée. Pour réduire leur effet il est souhaitable que chacune des deux entrées « voit » la même résistance équivalente. Exemple : montage amplificateur inverseur - 13 - 3°) Vitesse maximale de variation de la tension de sortie : Slew rate Slew rate = Ex : pour le LM741 vs en V/µs t vs = 0,5 V/µs t Effets du Slew rate : - 14 -