L`amplificateur différentiel intégré

L’AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL INTEGRE
D’après un texte de Ivan Crévits
I) Le composant « amplificateur différentiel intégré »
1) Symboles — Notations

Alimentation double Vcc (de 3 à 50 V) souvent, mais
pas nécessairement, symétrique (non représentée).

2 entrées : une est marquée …. (influence non
inverseuse), l’autre …. (influence inverseuse).

Application des tensions VE+ (sur +) et VE- (sur –)

Tension d’entrée différentielle : vd = …………

la sortie délivrant la tension vs

Symbole de l’amplification :

Coefficient d’amplification : Ad
2 entrées
différentielles
VE-
Ad
Vd
+
vs
VE+
2) Caractéristiques de l’ADI parfait
a) Amplification différentielle
Caractéristique vs = f(vd), on relève 2 domaines :
 Domaine linéaire : vs = ………… où Ad est
l’amplification différentielle, très grande (>105)
donc tendant vers +. Dans ce cas, L’ADI est
dit « ………… ». L’indication  remplace Ad .
 Zones de saturation : vs = ……. ou ……., les
tensions de saturation sont très proches de la
tension d’alimentation : vs = Vcc.
vs
Vsat+
Pente …
vd
0
Vsat–
…………
…………
…………
Rem : si vs = Vsat+ = 14 V et Ad = 100000 la valeur de vd à la limite de saturation est : vd = ………..
b) Impédance et courants d’entrée
Les impédances des deux entrées sont très élevées ( ) : les courants d’entrée sont …….
i   i   ...
c) Impédance de sortie
L’impédance de sortie de l’ADI est nulle : la tension vs est …………… du courant extrait is.
d) Schéma équivalent de l’ADI parfait
On rassemble toutes ces hypothèses d’étude en
construisant le schéma équivalent de l’ADI
parfait.
Ce modèle montre que l’on réalise une source
de tension vs commandée en tension par …….
is
vd
VEVE+
Ad. vd
vs
II) Mise en œuvre de l’ADI
1) Introduction
Constatation : il est difficile de contrôler la tension de sortie car l’amplification Ad est très
importante et une ……….. valeur de la tension d’entrée suffit à saturer l’ADI.
Remède : prélever une fraction de la tension de sortie et l’ôter de la tension d’entrée dans le but
d’obtenir une différence proche de 0. De cette manière, on travaille dans le domaine ………….
Structure d’étude
Dans ce montage l’ADI produit une
R2
tension vs qui permet de maintenir vd ≈ 0.
Donc ve = VE- et en appliquant la formule
R1
Ad
du diviseur de tension :
vd
vs R1 +R 2

d’où
+
ve
R1
vs
 R 
R +R
vs  1 2 v e   1  2  v e
R1
 R1 
ve
2) Notion de contre–réaction
Le bouclage de la sortie sur une entrée est un principe appelé réaction. Le bouclage de la sortie
sur l'entrée inverseuse est appelé contre-réaction ou …………………….
3) Modes d’étude des montages à ADI
Dans un premier temps, si l’ADI est considéré parfait, alors ………….
Par observation du schéma, on en déduit la connexion de la sortie :
 l’entrée – est connectée à la sortie : le montage est étudié en ………., on a alors vd = 0.
 l’entrée + est connectée à la sortie (ou s’il n’y a pas de lien) : le montage est étudié en non–
linéaire. On a alors saturation de la tension de sortie et vs = Vsat+ ou Vsat- Dans ces conditions
vd n’est pas nulle, seul son signe est important.
III) Les applications linéaires de l’ADI
1) Généralités
Pour qu'un montage à ADI puisse fonctionner en régime linéaire, il doit avoir une réaction ………, c'est à
dire que la sortie doit-être reliée à l'entrée ………… par un dipôle passif.
Tant que l'ADI n'est pas saturé, on peut considérer que vd = … et que la relation entre la (ou les)
tension(s) d’entrée(s) et la tension de sortie est linéaire.
vs = K1 ve1 + K2 ve2 + ….
Exemple :
ADI supposé idéal (en particulier i+ = i- = 0).
Réaction négative  étude en linéaire : vd = 0.
Maille entrée-sortie : Vs = V e +V d
Donc Vs =Ve
Intérêt et application : prélèvement d’une tension sans influence
0
-

0
0
Ve
+
Vs
IV) L'ADI en comparateur
1) Généralités
L'ADI s'utilise soit en boucle ouverte, soit en réaction positive. Dans ce cas :
vs = ± Vsat
et
vd ≠ 0
Le signe de vs dépend de celui de vd :
v d  0  v s   Vsat


 v d  0  v s   Vsat
Pourquoi comparateur ?
Si vs = + Vsat donc vd > 0 donc VE+ - VE- > 0 donc VE+ > VELa connaissance de vs permet de savoir si VE+ est plus grand ou plus petit que VE-. On a une comparaison
des tensions.
2) Montages en boucle ouverte
a) Comparateur inverseur
Comparaison à une tension de référence Vref.
vd
ve
-

+
vs
Vref
Relation entre ve et vd :
Loi des mailles : ……………………….
=> vd = ……………………….
Conditions de basculement :
v d  0  Vref  v e  0  Vref  v e alors v s  ...Vsat


 v d  0  Vref  v e  0  Vref  v e alors v s  ...Vsat
Caractéristique :
vs
Vsat
ve
-Vsat
Remarques :
 Montage inverseur (ve sur l'entrée inverseuse)
 Si Vref = 0 c'est une comparaison à zéro, donc elle permet de savoir si ve est positif ou
négatif.
 Vseuil = ve lorsque vd = 0
or Vref - ve = vd donc au moment ou le montage bascule : Vref - vseuil = 0 => vseuil = Vref
Aspect de vs :
ve
vseuil
t
vs
Vsat
t
-Vsat
b) Comparateur non inverseur
Comparaison à une tension de référence Vref.
+
vd
ve

vs
Vref
Relation entre ve et vd :
Loi des mailles : ……………………….
=> vd = ……………………….
Conditions de basculement :
v d  0  v e  Vref  0  v e  Vref alors v s  ...Vsat


 v d  0  v e  Vref  0  v e  Vref alors v s  ...Vsat
Caractéristique :
vs
Vsat
ve
-Vsat
Remarques :
 Montage non inverseur (ve sur l'entrée non inverseuse)
 Si Vref = 0 c'est une comparaison à zéro, donc elle permet de savoir si ve est positif ou
négatif.
 vseuil = ve lorsque vd = 0
or ve - Vref = vd donc au moment ou le montage bascule : vseuil - Vref = 0 => vseuil = Vref
Aspect de vs :
ve
vseuil
t
vs
Vsat
t
-Vsat
3) Montages à réaction positives
a) Trigger de Schmitt
-

vd
+
ve
vs
R1
VE+
R2
Relation entre ve et vd :
Loi des mailles : ……………………….
=> vd = ……………………….
Conditions de basculement :
v d  0  VE   v e  0  VE   v e alors v s  ...Vsat


 v d  0  VE   v e  0  VE   v e alors v s  ...Vsat
......
vs
Diviseur de tension : VE  
or vs = +Vsat ou vs = -Vsat
..................
 Il y a deux valeu rs de VE  possibles, tout
dépend de la valeur de v au départ.
s


L'ADI bascule lorsque vd = 0 => VE+ = ve = vseuil. 
 Il y a deux seuils de basculemen t

 possibles, tout dépend de la valeur de v s au

 départ.
vs

vs = +Vsat au départ :
R2
Vsat
vseuil1 = VE  
R1  R 2
Caractéristique partielle :
Vsat
ve
-Vsat

vs = -Vsat au départ :
R2
Vsat
vseuil2 = VE   
R1  R 2
Caractéristique partielle :
vs
Vsat
ve
-Vsat

Caractéristique globale :
vs
Vsat
ve
-Vsat
Remarques :
 Montage inverseur (ve sur l'entrée inverseuse)
 Vseuil1 = ve lorsque vd = 0 et vs = +Vsat
Vseuil2 = ve lorsque vd = 0 et vs = -Vsat
Aspect de vs :
ve
vseuil1
vseuil2
t
vs
Vsat
t
-Vsat
b) Montages non symétriques
 Non inverseur :
E0
vd
-

+
vs
ve
R1
R2
VE+
Loi des mailles avec vd et VE+ :
Expression de VE+ :
vseuil1 = ve lorsque vd = 0 et vs = + Vsat
vseuil2 = ve lorsque vd = 0 et vs = - Vsat
Caractéristique :
vs
Vsat
ve
-Vsat
 Inverseur :
ve
vd
-

+
vs
E0
Loi des mailles avec vd et VE+ :
R1
VE+
R2
Expression de VE+ :
vseuil1 = ve lorsque vd = 0 et vs = + Vsat
vseuil2 = ve lorsque vd = 0 et vs = - Vsat
Caractéristique :
vs
Vsat
ve
-Vsat
4) Comparateurs à portes CMOS
1
ue
us
On note UDD la tension d'alimentation de la porte. Dans ce cas useuil =
U DD

u e  2  u s  U DD
Conditions : 
U
 u e  DD  u s  0
2

Caractéristique :
us
UDD
ue
Voir exercices sur les comparateurs à portes CMOS.
U DD
2