T Ba date : AMPLIFICATEUR OPÉRATIONNEL L'amplificateur opérationnel est un amplificateur à circuit intégré (ACI) constitué d'un grand nombre de composants électroniques connectés dans un même boîtier. Il est appelé "amplificateur opérationnel" car ses premières applications furent la réalisation d'opérations mathématiques. I- Amplification Les signaux trop faibles ne peuvent être utilisés directement pour alimenter de nombreux appareils (moteurs, haut-parleurs …) ; il est donc nécessaire pour disposer de signaux relativement intenses de les amplifier. Le signal de faible amplitude constitue l'entrée de l'amplificateur et le signal amplifié de sortie est connecté a la charge (moteur, relais, …). Une source d'énergie fournit l'énergie et le rend apte à amplifier. Source d'énergie Entrée Amplificateur opérationnel Charge On peut définir une amplification pour chacune des grandeurs électriques : tension, courant, puissance. On définit par exemple l'amplification en tension. L'amplification en tension AV est le rapport des tensions efficaces de sortie et d'entrée. AV = Error! Afin de réduire les chiffres décimaux et la taille des nombres, on considère le gain en tension GV exprimé en décibels (dB) : GV = 20 log AV II- Amplificateur opérationnel en régime linéaire On considère un amplificateur opérationnel en régime linéaire ou ACIL. Le symbole d'un ACIL ne laisse pas apparaître son alimentation et le dispositif de réglage. La structure interne d'un ACIL impose les spécificités suivantes : E- VS E+ la tension différentielle est négligeable devant les autres tensions : VE VE - 0 les courants qui entrent par les bornes E+ et E– sont pratiquement indécelables. Les intensités de ces courants seront considérées comme nulles : Ph. Georges Sciences i+ = i– 0 1/3 Les relations établies s'appliquent quelle que soit la forme de la tension appliquée à l'entrée : continue, sinusoïdale, carrée, triangulaire ou quelconque. Les relations sont établies avec les valeurs instantanées et sont donc vraies avec les valeurs efficaces dans le cas d'un régime sinusoïdal. Ces relations supposent qu'il n'y a pas de saturation donc que les tensions d'entrée sont inférieures aux tensions de saturation de l'A.C.I.L. R2 1- Amplificateur inverseur Loi des nœuds i1 + i 2 = 0 soit i1 = – i2 i1 R1 i2 Loi des mailles E- ve – R1 i1 = 0 soit ve = R1 i1 vs – R2 i2 = 0 soit vs = R2 i2 Av = Error! Gain en tension : E+ ve d'où: iS vs Av = – Error! 2- Montage suiveur La tension d'entrée est appliquée à l'entrée E+. L'entrée E– est directement reliée à la sortie de l'A.C.I.L. (la boucle de E- iS contre-réaction est nulle). Son gain est unitaire. E+ Ce montage n'amplifie pas mais il présente une très très vs ve grande résistance d'entrée, de l'ordre de 105 M, et une très très petite résistance de sortie, de l'ordre de 1 m. Il est utilisé comme "adaptateur d'impédance". E+ 3- Amplificateur non-inverseur E- L’expression du gain en tension est : Av = Error! ve vs R2 R1 4- Sommateur inverseur Les tensions d'entrée sont ve et v'e. L'expression de la tension de sortie vs est : R2 vs = – R2 (Error! + Error!) Si les résistors sont tel que R1 = R'1 alors : R1 R' 1 vs = – Error! (ve + v'e) Si les résistors sont tel que R1 = R'1= R2 alors : vs = – (ve + v'e) ve EE+ v'e vs 2/3 T Ba date : III- Amplificateur opérationnel en régime de saturation La caractéristique de transfert donne les variations de la tension de sortie vs en fonction des variations de la tension différentielle vd. vs Elle peut se décomposer en trois parties. B +Vsat - Domaine linéaire entre A et B Les tensions vs et vd sont proportionnelles. avec Ad de 104 à 105 vs = Ad.vd vd (la tension vd est de l'ordre du mV alors que la tension vs est 105 plus grande) Régime linéaire - Domaines de saturation La tension de sortie prend une des deux valeurs de –Vsat saturation positive ou négative –Vsat et +Vsat. A En régime de saturation, la tension de sortie de l'amplificateur ne peut prendre que deux valeurs en général –Vsat et +Vsat. Parfois l'une de ces valeurs est remplacée par une tension nulle. L'amplificateur remplit donc une fonction logique (oui-non, ouvert-fermé, blanc-noir). 1- Comparateur Une tension de référence vr est appliquée sur l'entrée +. La tension ve à comparer est appliquée sur l'entrée –. vs Le système ne possède que deux états stables : +Vsat ve< vr vd > 0 vs = +Vsat ve> vr vd < 0 vs = –Vsat vr 4V ve Si ve est constante, la comparaison est immédiate. Remarque : Si la tension ve est variable, il y a basculement quand elle "traversera" la tension de référence ; Avec ve sinusoïdale, la tension vs sera rectangulaire. –Vsat R 2- Multivibrateur astable Aucune tension extérieure n'est appliquée au montage à l'exception, et c'est ce qui change tout, de l'alimentation C de l'amplificateur que l'on ne représente pas. R2 R1 Ph. Georges Sciences 3/3