La fonction amplification (Chap 5)

Cours de physique appliqué Terminale STI électronique [email protected]
La fonction amplification (Chap 5)
! Révisé et compris
! Chapitre à retravaillé
! Chapitre incompris
1. Généralité sur l’amplification :
DEF
Un amplificateur est un quadripôle linéaire. Les grandeurs de sorties (Us et Is), ont la
même forme que les grandeurs d’entrées (Ue, et Ie).
Un amplificateur fournit en sortie une puissance moyenne (ou puissance active), tel que la
puissance de sortie soit supérieur à la puissance d’entrée (ce qui justifie ce nom
« d’amplificateur »).
Suivant les domaines d’utilisations, différents composants peuvent réaliser l’amplification :
- le transistor (amplification de courant)
- l’amplificateur opérationnel (amplificateur de tension)
2. Les caractéristiques :
Type d’amplification
Tension
Formule de l’amplification
Expression du gain
Courant
Puissance
a) La linéarité :
Un amplificateur est linéaire, s’il n’y a pas de création d’harmoniques, c'est-à-dire de distorsion.
- En régime continu la caractéristique de transfert d’un ampli linéaire est une droite
- En régime sinusoïdal, à une tension d’entrée sinusoïdale, correspond une tension de
sortie sinusoïdale.
b) Le domaine de linéarité :
C’est l’intervalle de valeurs de la grandeur d’entrée Ue, pour lequel l’amplificateur est linéaire.
c) Bande passante à -3dB :
C’est l’intervalle de fréquence [Fcb ; Fch], pour lequel on a :
Cours de physique appliqué Terminale STI électronique [email protected]
3. Modélisation de l’amplificateur
On définit en régime sinusoïdal, les impédances d’entrées et de sortie :
a) La résistance d’entrée :
On cherche à avoir la résistance d’entrée la plus élevée possible. Pour une amplification idéale, on
considère qu’elle est infinie.
b) La résistance de sortie :
On cherche à ce que cette résistance de sortie, soit la plus faible possible. Pour un amplificateur
idéal, on la considère nulle.
c) Modélisation d’un amplificateur de tension :
4. Amplificateur de différence ou différentiel idéal
DEF
Un amplificateur de différence idéal, permet d’obtenir en sortie, une tension
proportionnelle à la différence entre deux tensions d’entrées.
Ad : Coefficient d’amplification différentiel
Uab : Tension différentielle d’entrée
5. Amplificateur de différence ou différentiel réel
Nous avons vu que théoriquement, on devrait avoir :
Us = Ad x Uab
Or, théoriquement, si Ub=Ua, la différence est nul, donc Uab=0, et on devrait avoir en sortie 0V
(car on amplifie un signal de 0V, donc on a toujours 0V.
Cours de physique appliqué Terminale STI électronique [email protected]
Dans la réalité, un amplificateur linéaire, ne délivrera pas 0V en sortie. Plus généralement, la
tension de sortie d’un AO, se définit tel que :
Ad : coefficient d’amplification différentiel
Ud : tension différentielle d’entrée
Ac : amplification en mode commun
Uc : coefficient d’amplification en mode commun
Uo : tension de décalage
Le coefficient d’amplification en mode commun, est un défaut, qui doit être minimisé.
Pour connaître la qualité d’un amplificateur, on définit le taux de réjection en mode commun
(TRMC). Si ce taux est très élevé, cela signifie que l’amplificateur est de très bonne qualité.
L’unité du TRMC, est le décibel.
6. Amplificateur de différence à Amplificateur opérationnel
a) Expression de la tension de sortie
AO parfait : i+ = i- = 0A
Fonctionnement linéaire, car présence d’une contre-réaction.
a.1) Expression de Ve+
On utilise le diviseur de tension :
Cours de physique appliqué Terminale STI électronique [email protected]
a.2) Expression de UeOn utilise le théorème de superposition :
Au finale :
a.3) simplification des expressions
On sait que Ue+ =Ue-, donc :
b.1) Expression de l’amplification différentielle, noté Ad :
Us = Ad x Ud par définition, si u1 = - u2 :
Cours de physique appliqué Terminale STI électronique [email protected]
b.2) Expression de l’amplification en mode commun :
Us = Ad x Uc, si u2 = u1, dans ce cas Ud = 0, et Uc = u2
On va maintenant cherche à annuler l’amplification en mode commun :
Amplificateur de différence sera quasiment idéal, si les
résistances R1, R2, R3 et R4 respectent la convention cicontre.
7. Les applications de l’amplificateur de différence :
-
Capteur en pont : Un capteur (pression, température, etc…) délivre une tension Uab
proportionnelle à la grandeur physique mesurée.
-
La sonde différentielle : Utile pour mesurer à
l’oscilloscope en plusieurs points de mesures, qui
ne sont pas reliés à la même masse.
Cours de physique appliqué Terminale STI électronique [email protected]
8. Amplificateur à référence commune :
DEF
Un amplificateur à référence commune, est un amplificateur qui a les tensions de sorties et
d’entrées, en commun avec la masse.
a) L’amplificateur inverseur :
On constate que les tensions de sortie, et d’entrée, sont de signe opposé, ce qui justifie bien la
fonction du montage.
b) Amplificateur non inverseur :
On va cherche à exprimer A :
On constate, d’après cette expression, que la tension d’entrée, et celle de sortie, ont le même
signe. La résistance d’entrée tend vers l’infinie, car le courant d’entrée dans un amplificateur
opérationnel est nul.
Cours de physique appliqué Terminale STI électronique [email protected]
c) Le montage suiveur :
Le montage « suiveur » est un car particulier du montage inverseur.
INFO
Le nom « suiveur » est du au fait que la tension de sortie « suit » la tension d’entrée. Ce
montage permet de faire des adaptations d’impédance. De plus la résistance d’entrée est
très grande (on dit qu’elle tends vers l’infini).