GPA667 CIRCUITS COMPOSÉS
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GPA667 CONCEPTION ET SIMULATION DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONNELS 1 CIRCUITS COMPOSÉS • Sources de courant • Source de courant (Miroir) • Amplificateur différentiel • Amplificateur opérationnel 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 2 1 SOURCES DE COURANT Transistors FET I = IDSS 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 3 SOURCES MIROIRS Transistors BJT +vcc 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 4 2 SOURCES MIROIRS Transistors BJT +vcc 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 5 AMPLI. OPÉRATIONNELS • Ampli. Op. : Définitions • Σ I au noeuds d’entrée = 0 • Masse virtuelle • Paramètres C.C : VIO, IIB, IIO, • Paramètres C.A : AD, AC, CMRR, GBW, SR 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 6 3 AMPLI-OPÉRATIONNEL AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013 7 AMPLI-OPÉRATIONNEL • Entrées : Vi1, Vi2 • Entrée en mode différentiel, Vd • Entrée en mode commun, Vc • Tension de sortie, Vo • Ad : gain différentiel, • Ac : gain mode commun 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 8 4 AMPLI-OPÉRATIONNEL CMRR = Ad/Ac CMRR (dB) = 20 log Ad/Ac Le CMRR est très élevé (≈ 90 dB) Le courant qui entre dans chacune des entrées est négligeable (≈ 0) • Le gain Ad est très grand ( ≈ 200,000 ) • • • • 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 9 AMPLI-OPÉRATIONNEL Pour résoudre tous les circuits avec AMPLI-OP en mode linéaire, il faut retenir 2 règles qui découlent des caractéristiques de l’ampli-op. 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 10 5 AMPLI-OPÉRATIONNEL Règle 1 ( I+ = I- ≈ 0 ) La somme des courant aux nœuds d’entrée ( + et - ) = 0 Règle 2 ( Ad très grand et Vo ≠ ∞ ) La différence entre les deux tensions d’entrée, V+ et V- est très faible. On a pratiquement V+ ≈ V-. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013 11 AMPLI-OPÉRATIONNEL La règle 2 permet d’introduire la notion de masse virtuelle. Quand l’entrée V+ est à la masse ( 0V ), on a V- ≈ 0 V. On dit que V- se comporte comme une masse virtuelle. V- n’est pas à la masse mais sa tension est presque OV. Si Ad = 20,000 et V1 = 1V alors Vi = 0.5 mV. V1 V- 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 12 6 CIRCUITS DE BASE • • • • • • INVERSEUR NON INVERSEUR SUIVEUR SOMMATEUR INTÉGRATEUR DÉRIVATEUR Vous avez déjà vu ces circuits de base en GPA325 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 13 AMPLI-OP PRATIQUE PARAMÈTRES C.C. • • • • Tension de décalage à l’entrée VIO Courant de polarisation à l’entrée IIB Courant de décalage à l’entrée IIO Tension de décalage à la sortie VO(offset) • VO(offset) = VO(offset VIO) + VO(offset IIO) 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14 7 AMPLI-OP PRATIQUE VO(offset VIO) : Tension de décalage à la sortie due à VIO 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 15 AMPLI-OP PRATIQUE IIB : Courant de polarisation à l’entrée 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 16 8 AMPLI-OP PRATIQUE VO(offset IIO) : Tension de décalage à la sortie due à IIO RC = R1 || Rf 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 17 AMPLI-OP PRATIQUE PARAMÈTRES C.A. ou DYNAMIQUE • Produit Gain-Largeur de bande ou « Gain BandWidth Product » GBW • Taux de montée, Slew Rate (SR) 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 18 9 PRODUIT GAIN-LARGEUR DE BANDE 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 19 PRODUIT GAIN-LARGEUR DE BANDE • À basse fréquence, le gain de l’ampli-op est AVD jusqu’à la fréquence de coupure fC. • La fréquence f1 est la fréquence pour laquelle AVD = 1 • À partir de fC, le gain AVD diminue avec une pente de 20 dB/décade ou 6 dB / octave. On a une décade entre f1 et f2 si f2 = 10 f1. On a un octave entre f1 et f2 si f2 = 2 f1. • Le produit fC x AVD = f1 x 1 = constante et s’appele : Produit Gain x Largeur de bande ou « Gain Bandwith Product » 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 20 10 Taux de montée SR « SLEW-RATE » • Un ampli-op pratique possède une limite supérieure quant au taux de variation de sa tension de sortie en V/uS. • Cette limite supérieure s’appelle le SR de l’ampliop. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 21 Taux de montée SR « SLEW-RATE » • Si le signal de sortie est élevé, la fréquence maximale qui peut être amplifiée sans distorsion sera plus basse. • Par contre, si le signal de sortie est faible, la fréquence maximale qui pourra être amplifiée sans distorsion sera plus élevée. 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 22 11 Taux de montée SR « SLEW-RATE » • Si le signal est sinusoïdal et d’amplitude K, la fréquence maximale f ou la fréquence angulaire ω dépendra du SR selon : 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 23 AMPLI-OP uA741 ou équiv. CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 24 12 AMPLI-OP uA741 ou équiv. NOTICE TECHNIQUE AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 14/10/2013 25 AMPLI. DIFFÉRENTIEL R4 R2 R1 R3 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 26 13 AMPLI. DIFFÉRENTIEL R V2 V1 R R R Si les résistances sont égales, Vo = V1 – V2 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 27 AMPLI. DIFFÉRENTIEL En pratique, il est difficile d’avoir 4 résistances égales ou du moins avec des rapports (R1 : R3) et (R2 : R4) égaux. De plus l’impédance d’entrée est limitée par la valeur des résistances qui ne peut pas être très grande. En pratique, on peut difficilement avoir des résistances supérieures à 1 MΩ sans produire une tension de décalage à la sortie. 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 28 14 AMPLI. NON INVERSEUR Pour augmenter l’impédance d’entrée, on choisit la connexion non inverseur. On a le cas particulier d’un ampli. suiveur lorsque Rf = 0 et R1 = ∞. L’impédance est élevée parce que le courant d’entrée est de l’ordre de grandeur du courant de polarisation soit quelques nA. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 29 AMPLI. SUIVEUR Vo/V1 = 1. 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 30 15 AMPLI. INSTRUMENTATION En combinant deux ampli. non inverseur à haute impédance d’entrée, on peut obtenir deux entrées et deux sorties différentielles. Par la suite, on transforme le signal de sortie différentiel en un signal unipolaire par rapport à la masse en utilisant un ampli. Différentiel. L’ensemble produit ce que l’on appelle un ampli. d’instrumentation. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 31 AMPLI. INSTRUMENTATION 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 32 16 AMPLI. INSTRUMENTATION On peut réaliser un ampli. d’instrumentation avec des composants discrets mais pour plus de précision, les composants sont intégrés. Il est alors facile d’obtenir des résistances R d’égales valeurs. La résistance RP se situe habituellement à l’extérieur du boîtier et elle permet de fixer le gain de l’ampli. À la valeur désirée. 14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 33 Millivoltmètre C.C. Conversion TENSION - COURANT 14/10/2013 GPA667 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS 34 17
