l`amplificateur operationnel integre en regime lineaire
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Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Amplificateur Inté gré Liné aire L’AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL INTEGRE EN REGIME LINEAIRE 1° ) Rappel du modè le physique ¥ ► e- s e+ a) Caracté ristiques idé alisé es · · Impédance d’entrée infinie : ce qui entraine que les courants de polarisation sur les entrées sont nuls Amplification en tension infinie en boucle ouverte quelle que soit la fréquence des signaux d’entrée ¥ ► ee s e+ Vs VS/e = ¥ AIL.doc --- 1/10 Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Amplificateur Inté gré Liné aire 2) Caractéristique réelle d’un amplificateur opérationnel CARACTERISTIQUE SIGLE Unité Tension de décalage d’entrée (offset) mV Courant de décalage d’entrée nA Résistance d’entrée Zi Mohm Gain en boucle ouverte Go V/mV Bande de gain unité MHz Vitesse de balayage (Slew rate) V/µ s Taux de réjection en mode commun TRMC ou CMRR Séparation des canaux Db Db Puissance consommée Psupply MW a) Signification des diffé rentes caracté ristiques Tension de décalage d’entrée Cette tension est un phénomè ne parasite due àla disparité des courants de polarisation d’entrée. Elle se traduit par le fait que lorsque la tension d’entrée différentielle d’entrée est égale à0, la tension de sortie peut présenter jusqu’à plusieurs millivolts d’erreur ; Cette caractéristique donne donc la précision du circuit utilisé et il est important de choisir des circuits dit de précision ou la tension de décalage et de l’ordre de quelques µ v lorsque l’on veut obtenir la meilleure précision possible. AIL.doc --- 2/10 Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Amplificateur Inté gré Liné aire Courant de décalage d’entrée Les courants sur chaque entrée ne sont pas de valeur nulle mais présente une valeur pouvant aller de quelques dizaines de pA àquelques nA selon la technologie utilisée La différence entre ces courants de polarisation des étages d’entrée. donne naissance àla tension de décalage d’entrée Impédance d’entrée Cette caractéristique est liée àla technologie utilisée et peut varier de l’ordre du mégohm à1015 ohm . Elle permet de fixer la valeur des courants de polarisation d’entrée et plus sa valeur est élevée plus on se rapproche du modè le physique. Gain en boucle ouverte Il s’agit de la caractéristique d’amplification en tension VS/e lorsque l’amplificateur est en boucle ouverte (pas de rebouclage de la sortie sur l’entrée -) Elle est de l’ordre de 105 et s’exprime en V/mV. Bande de gain unité Cette donnée traduit le comportement en fréquence de la caractéristique précédente. Le gain en boucle ouverte diminue avec la fréquence et la valeur de fréquence du signal d’entrée donnant un gain unité définit la bande de fréquence de gain unité. 105 Gain 1 continu Haute fréquence Bande de gain unité Vitesse de balayage Cette donnée caractérise la vitesse de réponse du circuit utilisé. Elle s’exprime en V/µ s AIL.doc --- 3/10 Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Amplificateur Inté gré Liné aire Taux de réjection en mode commun détermine l’immunité au bruit de l’amplificateur Mode commun : concerne un signal que l’on applique simultanément sur les deux entrées différentielles e+ et e- comme par exemple le bruit (signal parasite) Mode diffé rentiel : concerne un signal que l’on applique sur une seule des deux entrées différentielles e+ ou e- l’autre étant reliée àla masse Il y a perturbation de mode commun lorsqu'un parasite apparaît identique sur chacun des conducteurs du signal; dans ce cas, le parasite ne fait que décaler par rapport àla référence, la masse par exemple, la différence de potentiel qu'est le signal. Il y a perturbation diffé rentielle ou de mode sé rie lorsque le parasite apparaît comme différence de potentiel entre les conducteurs du signal : il est alors en série avec la source du signal. Soient deux conducteurs (1 et 2) soumis par rapport à leur référence à des Tensions parasites vp1, et vp2. Par dé finition : la tension parasite de mode commun est Vmcp = (Vpl + Vp2)/2 la tension parasite diffé rentielle ou de mode sé rie est Vdp= Vp2 - Vpl Vdp= 0 lorsque vp1 = Vp2- En conclusion, lorsque les parasites sont identiques sur les deux conducteurs du signal, la perturbation est uniquement de mode commun. TRMC : Taux de réjection en mode commun ou CMRR common mode réjection TRMC = amplification diffé rentielle / amplification en mode commun. AIL.doc --- 4/10 Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Amplificateur Inté gré Liné aire Séparation des canaux Uniquement lorsque l’on a plusieurs amplificateur dans le mê me boîtier du circuit intégré cette caractéristique précise l’influence d’une voie sur les autres . Cette caractéristique est donnée en dB. Puissance dissipée Cette caractéristique donne la puissance absorbée pour le fonctionnement du circuit 3° ) Fonctionnement en mode linéaire Pour que l’amplificateur fonctionne en mode linéaire, il faut que tout ou partie de la tension de sortie soit ramenée sur l’entrée - . La tension de sortie évolue linéairement entre les tensions de saturation +Vsat et – Vsat. Pour les calculs d’amplification, on utilisera l’hypothè se Ve+= Ve-. Dans la suite on trouvera un ensemble de montages utilisant l’amplificateur en mode linéaire. R2 Exemple : montage inverseur 1 2 -VCC 2 3 Vs 8 Av = -R2/R1 1 + 2 - 1 Ve U1A TL082 4 R1 +VCC 4° ) Fonctionnement en mode commutation Lorsque l’amplificateur n’est pas rebouclé ou lorsque l’on reboucle une partie de la tension de sortie sur l’entrée + , on réalise la fonction comparateur, le circuit fonctionnant alors en mode commutation. Dans ce cas , la sortie ne peut prendre que deux valeurs +Vsat et – Vsat Si la tension e = Ve+-Ve- est positive, Vs = +vsat et sinon Vs = -Vsat Exemple : comparateur inverseur -VCC 4 U?A LM393 1 Vs 8 3 + 2 - Ve +VCC AIL.doc --- 5/10 Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Amplificateur Inté gré Liné aire 5° ) Liste et définition des différentes fonctions réalisée à partir d’AOP en mode linéaire Toutes les structures correspondant àces fonctions sont données dans l’annexe associées àce document. a) Amplification Cette fonction permet d’obtenir une amplification du signal d’entrée . On aura un signal en opposition de phase si l’on rentre sur l’entrée b) Adaptation d’impé dance Cette fonction permet de réaliser l’adaptation d’impédance, le montage présentant alors un impédance trè s grande(= àl’impédance d’entrée de l’AOP utilisé) et une résistance de sortie trè s faible. c) Somme et soustraction Cette fonction permet d’obtenir la somme algébrique de différents signaux d’entrée. De mê me on peut obtenir la soustraction en entrant sur l’entrée -. On peut aussi faire la différence entre deux signaux en utilisant un amplificateur différentiel. On trouvera aussi d’autre montage d’amplification comme l’ampli d’instrumentation (INA111), des amplificateurs associés àdes transistors permettant d’obtenir de la puissance en sortie. d) Filtrage Cette fonction permet d’éliminer une bande de fréquence/ · passe bas si ce sont les basses fréquences qui sont conservées · passe haut si ce sont les hautes fréquences (attention aux caractéristiques en fréquence de l’AOP) · passe bande si on conserve une bande de fréquence · coupe bande si l’on atténue q’ un bande de fréquence Pour un filtre, il faut déterminer la fréquence de coupure et l’amplification maximale pour connaître la bande passante de ce filtre. 6° ) Montage non linéaire Il existe une grande variété de montage dont l’annexe donne un aperç u allant du comparateur aux générateurs de signaux en passant par les convertisseurs logarithmique, les multiplicateur etc … Pour les circuits complexes tel le multiplicateur, on utilise des circuits intégrés spécialisés AIL.doc --- 6/10 Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Amplificateur Inté gré Liné aire AMPLIFICATION DE PUISSANCE Amplificateur en classe B Dans ce type d’amplification, les transistors sont bloqués au repos, chaque transistor ne conduisant que pendant une alternance du signal. Les alternances positives et négatives seront donc amplifiées séparément et recombinées dans la charge. Le montage Push-pull apporte une solution +Vcc T1 S Rch Us T2 Ue -Vcc Dans ce type de montage, le transistor T1 conduit pendant l’alternance positive et T2 pendant l’alternance négative. Globalement la charge R est soumise àune tension sinusoïdale de mê me amplitude que la tension de commande Ue (àvbe des transistors prés). AIL.doc --- 7/10 Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Amplificateur Inté gré Liné aire Bilan des Puissances Puissance fournie par l’alimentation Pour l’alternance positive, le signal est un signal sinusoïdal redressé mono alternance de valeur moyenne Vmax/p de mê me que pour l’alternance négative PA+ =VCC.Ue/(p.Rcharge) Au maximum d’amplification atteint pour Ue =Vcc et pour les deux alimentations PA =2VCC² /(p.Rcharge) Remarque : pour la puissance fournie par les alimentations, on utilise les valeurs moyennes Puissance dissipé e dans la charge PRch =ieff² .Rch= Rch î ² /2 Au maximum d’amplification atteint pour Ue =Vcc PRch =VCC² /(2.Rch) Remarque : pour la puissance dissipée dans la charge, on utilise les valeurs efficaces Puissance dissipé e dans les transistors PT = P A - PRch Rendement h = PRch/ PA AIL.doc --- 8/10 Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Modè le thermique du transistor Amplificateur Inté gré Liné aire q jonction P Rthj-c (jonction boî tier) q boîtier Dq Rth c-r (boî tier radiateur) q radiateur Rthr-a (radiateur ambiante) q ambiant Dq = Rth *P AIL.doc --- 9/10 Gé nie Electronique – 2iè me année de formation Amplificateur Inté gré Liné aire ANNEXE : DOCUMENTATIONS TECHNIQUES Méthode d’analyse d’une documentation technique Une documentation technique doit ê tre recherchée chez le constructeur soit dans la documentation technique qu’il fournit, soit sur le site internet de ce constructeur. Dans la premiè re partie, on retrouvera toujours les valeurs maximales admissibles par le composant comme la température de stockage ou de fonctionnement. Il faut essayer de ne pas dépasser ces valeurs maximales et mê me de rester en dessous pour ne pas provoquer un vieillissement prématuré. Exemple V supply maxi = 7v pour un circuit TTl qui sera alimenté en 5V Ensuite on retrouve les caractéristiques en statiques comme par exemple la tension de décalage d’entrée. Pour repé rer la caracté ristique, on s’aide de l’unité et de la valeur Toutes les caractéristiques sont données avec certaines conditions de mesure et il est précisé une valeur minimale ou maximale ou les deux (selon les cas les plus défavorables) ainsi qu’une valeur typique. Le constructeur communique également les caractéristiques dynamiques (par exemple :temps de réponse, etc… ) Pour les circuit complexes, on trouvera l’explication du fonctionnement, les diagrammes fonctionnels, les notices d’utilisations, etc… Enfin les notes d’application nous serons trè s utile pour la mise en œ uvre. AIL.doc --- 10/10
