L`amplificateur opérationnel

Formation d'ingénieurs généralistes
Formation continue
Cours, TD électronique niveau application
Amplificateur opérationnel:
montages de base en
fonctionnement linéaire
Emmanuelle Peuch

Emmanuelle Peuch
2
Table des matières
I. PRESENTATION 1
I.1 CARACTERISTIQUES ESSENTIELLES 2
I.2 L'AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL IDEAL: REGIMES DE FONCTIONNEMENT 2
I.2.1 FONCTIONNEMENT AVEC CONTRE REACTION 4
I.2.2 FONCTIONNEMENT AVEC REACTION POSITIVE 5
I.2.3 CONCLUSION 6
II. AMPLIFICATEURS DE TENSION : MONTAGES DE BASE 6
II.1 MONTAGE INVERSEUR 6
II.2 MONTAGE NON INVERSEUR 10
II.3 LE MONTAGE SUIVEUR 13
III. CIRCUITS REALISANT DES FONCTIONS LINEAIRES 14
III.1 MONTAGES SOMMATEUR 14
III.2 INTEGRATEUR 15
III.3 MONTAGE DERIVATEUR 16
IV. L’AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL 17
IV.1 DEFINITIONS 17
IV.2 MONTAGE A UN AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL 18
V. L’AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL : LIMITATIONS TECHNOLOGIQUES 20
V.1 SATURATION EN TENSION 20
V.2 SATURATION EN COURANT 21
V.3 LIMITATION EN FREQUENCE: INFLUENCE DE LA VITESSE MAXIMALE DE VARIATION DE
LA TENSION DE SORTIE 23
V.4 LIMITATION EN FREQUENCE: PRODUIT GAIN PAR BANDE PASSANTE 26
FICHE produit gain par bande passante = constante 29
Travaux dirigés 31

Amplificateur opérationnel : montages linéaires
Emmanuelle Peuch
1
L’amplificateur opérationnel en
fonctionnement linéaire
I. Présentation
L’amplificateur opérationnel, composant électronique très répandu, se présente
sous la forme d’un circuit intégré analogique :
1 2 34
5
67
8
Symbole utilisé :
Norme européenne
-
+
Norme américaine
-
+
 Il nécessite une alimentation symétrique  Vcc (VCC et VEE), non
représentées sur le symbole.
 Il possède deux entrées :
Une entrée notée + dite entrée non inverseuse
Une entrée notée - dite entrée inverseuse
 et une sortie.
Il existe différentes technologies de fabrication de ces amplificateurs. On
distingue :
 Les Ampli Op bipolaires, composés uniquement de transistors
bipolaires, par exemple le 741 (voir doc. En annexe).
 Les ampli Op bifet qui associent transistors bipolaires et transistors à
effet de champ (FET), par exemple le TL081 (voir doc. En annexe).
 Les ampli Op bimos composés de transistors bipolaires et de
transistors MOS, par exemple le CA3140.

Amplificateur opérationnel : montages linéaires
Emmanuelle Peuch
2
I.1 Caractéristiques essentielles
-
+
v-
v+
vs
Gain en tension interne Avd très élevé :
Avd > 104
Très grande résistance d’entrée interne
Zed > 106 
Faible résistance de sortie interne
Zs < 200 
La bande passante d’un amplificateur opérationnel va du continu à
une fréquence la plus élevée possible :
Ampli Op “ classique ” : BP = 4 MHz par exemple
On pourra donc réaliser des amplificateurs de tension continue!
I.2 L'amplificateur opérationnel idéal: régimes de
fonctionnement
-
+
v-
v+
vs
e
i+
i-
 A partir des caractéristiques essentielles d’un amplificateur opérationnel
présentées précédemment, on définit les caractéristiques d’un
amplificateur opérationnel idéal :
Avd = 
Zed =  ce qui entraîne i+ = i- = 0
Zs = 0
 D’après la relation vs = Avd.(v+ - v-) = Avd.e, si on applique une tension
différentielle een entrée, alors la tension de sortie vs devrait tendre vers
l’infini. Cependant, l’amplificateur opérationnel est constitué de transistors
Fonctionnement de l'amplificateur opérationnel et
notation:
vs = Avd.(v+ - v-) = Avd.e
Il amplifie la différence des tensions v+ et v- appliquées
sur chaque entrée (la tension différentielle d’entrée).
vs = Avd.(v+ - v-) = Avd.e
Tension différentielle
d'entrée

Amplificateur opérationnel : montages linéaires
Emmanuelle Peuch
3
alimentés entre  Vcc. La tension vs ne peut donc pas dépasser cette
alimentation. Ainsi, la tension de sortie sera égale à  Vcc.
On dit que l’amplificateur opérationnel sature en tension et on a :
vs = +Vcc si v+ > v-
vs = -Vcc si v+ < v-
 On peut donc tracer la caractéristique de transfert de l’amplificateur
opérationnel idéal :
e
Vs
Vcc
-Vcc
Zone de saturation
Zone de saturation
Zone linéaire
 Utilisé tel quel (c'est-à-dire seul), l’amplificateur opérationnel ne peut donc
fonctionner qu’en non linéaire : on dit qu’il fonctionne en comparateur
ou encore en commutation (il compare les tensions appliquées à son
entrée). L’usage de l’amplificateur opérationnel peut donc paraître limité.
Nous allons montrer que, pour le faire fonctionner en mode linéaire, il
est nécessaire de réaliser un montage avec une boucle de contre réaction.
Définition
Qu'est ce qu'une contre réaction?
Contre réaction = réaction négative
= on prélève une partie du signal de sortie vs
que l’on réinjecte sur l’entrée inverseuse de
l’amplificateur opérationnel.
Les paragraphes I.2.1 et I.2.2 qui suivent sont une "démonstration" des montages qui
entraînent le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel en mode linéaire ou en mode
non linéaire. Il n'est pas nécessaire dans un premier temps de comprendre ces
On distingue deux modes de fonctionnement
de l'amplificateur opérationnel:
 Un mode non linéaire (zone de saturation)
vs = - Vcc si e < 0
vs = + Vcc si e > 0
 Un mode linéaire
e = 0 et –Vcc < vs < Vcc