Ami Pro - AMPLI.SAM
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1 ELN : COURS D' ÉLECTRONIQUE AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ (ALI) A PRÉSENTATION Les amplificateurs linéaires intégrés (ALI), aussi appelés amplificateurs opérationnels (AO) sont utilisés pour effectuer des opérations linéaires sur des signaux électriques : - Addition, soustraction, multiplication ... - Amplification de tension ou de courant. page 1 / 6 La tension de sortie est limitée par deux valeurs +Vsat et -Vsat (appelées respectivement tension de saturation positive et négative) : - Pour l'ALI parfait, on considère +Vsat et -Vsat sont égales aux tensions d'alimentation +Vcc et -Vcc. - Pour un ALI réel la tension de saturation Vsat est égale à la tension d'alimentation Vcc moins une tension dite tension de déchet (∆V) comprise entre quelques dixièmes de V et quelques V selon les ALI. (+ Vsat = +Vcc - ∆V; - Vsat = -Vcc + ∆V). Ils doivent leur nom (ALI ou AO) à ces applications, mais ils sont aussi utilisés pour des opérations non linéaires comme la comparaison de tensions. III RÉGIME DE FONCTIONNEMENT D'UN ALI La caractéristique de transfert met en évidence les deux modes de fonctionnement possibles pour l'ALI : I SYMBOLE ET DESCRIPTION DES ALI e+ S Vd V+ e- L'ALI est un amplificateur de différence de tension. Vs Saturation +Vsat Vs V- -Vsat < Vs < +Vsat II MODÈLE ÉQUIVALENT À L'AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ IDÉAL Remarque préliminaire : le modèle suivant, bien que très simplifié, sera adapté pour les calculs dans la plupart des applications. - Le fonctionnement en régime linéaire qui s'obtient en réalisant une contre-réaction (rebouclage de la sortie sur l'entrée e- direct ou par une résistance pour limiter l'amplification). I+ = 0 Linéaire L'alimentation du composant nécessite deux tensions +Vcc et -Vcc. En général ces tensions continues sont symétriques (+15V et -15V par ex.). Les bornes d'alimentation du circuit ne sont généralement pas représentées. 8 Un amplificateur linéaire intégré comporte (au moins) : - Une entrée inverseuse, E- symbolisée par le - Une entrée non inverseuse, E+ symbolisée par le + - Une sortie repérée S. Vd = Le fonctionnement en régime de saturation qui s'obtient sans contre-réaction. ou avec un rebouclage de la sortie sur l'entrée + Si V+ < V- Vd Vs = Si V+ > V- Vd Vs = Vd -Vsat Saturation S Vd I- = 0 B MONTAGES COMPARATEURS DE TENSIONS À ALI Vs = Ad.Vd En fonctionnement linéaire : Vs = Ad . [(V+) - (V-)] = Ad .Vd Vu des bornes d'entrée E+ et E-, l'amplificateur se comporte comme un circuit ouvert : les courants d'entrées I+ et I- sont nuls (la résistance entre les entrées est infinie) . Vu des bornes de sortie, il se comporte comme une source de tension idéale Vs = Ad . Vd (Ad infini si Vs < Vsat, la tension Vd est donc nulle). I PRÉSENTATION Les montages comparateurs réalisent la comparaison entre une tension d'entrée Ve variable au cours du temps et une tension de référence constante ou seuil (Vref). La tension de sortie Vs ne peut prendre que deux valeurs (+Vsat ou -Vsat). Dans ce mode de fonctionnement il n'est pas possible d'exprimer Vs en fonction de Ve. On pourra uniquement : - Calculer les seuils de basculement, -Traduire le fonctionnement par la caractéristique de transfert graphique Vs = f(Ve). Cette fonction est réalisée par des ALI fonctionnant en régime de saturation. 1 ELN : COURS D' ÉLECTRONIQUE AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ (ALI) page 2 / 6 II COMPARATEURS SIMPLES (À UN SEUIL) 2 COMPARATEUR INVERSEUR À UN SEUIL Dans les exemples qui suivent les ALI seront supposés parfaits et alimentés entre +/- 10V. La tension d'entrée est appliquée sur l'entrée 1 COMPARATEUR NON INVERSEUR À UN SEUIL SCHEMA DE MONTAGE La tension d'entrée est appliquée sur l'entrée SCHEMA DE MONTAGE CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT Vcc R3 CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT 8 Vcc Vs(V) +Vsat Vs(V) +Vsat Vd R1 R4 Ve (V) Vref 8 Vs Ve Vd R2 Ve (V) Vref Vs Expression littérale de Vref : Ve -Vsat Vd = Expression littérale de Vref : -Vsat si Ve > Vref Vd Vs = si Ve < Vref Vd Vs = Vd = si Ve > Vref Vd Vs = Ve (V) si Ve < Vref Vd Vs = +10 Ve (V) REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE R3 = 4.7 KΩ R4 = 2.2 KΩ t Application numérique : R1 = R2 = 10 KΩ Vcc = 10 V Vref = t Application numérique : +10 REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE -10 Vcc = 10 V Vs (V) +10 Vref = -10 t Vs (V) +10 -10 t -10 1 ELN : COURS D' ÉLECTRONIQUE AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ (ALI) 2 COMPARATEUR À HYSTÉRÉSIS NON INVERSEUR III COMPARATEURS À HYSTÉRÉSIS (À DEUX SEUILS) 1 COMPARATEUR À HYSTÉRÉSIS INVERSEUR SCHEMA DE MONTAGE SCHEMA DE MONTAGE R1 CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT Vs(V) +Vsat 8 8 Ve Vd Ve (V) Vs Vs Vref CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT R2 Vs(V) +Vsat Vd Ve page 3 / 6 Ve (V) R2 R1 Expression littérale de Vd : -Vsat Expression littérale de Vref : -Vsat Si Ve << 0 Si Ve = - Vcc Vd > 0 Vs = +Vsat Vref = Vh = Si Ve >> 0 Vs = -Vsat Vref = Vb = Si Ve = + Vcc Vd < 0 Vs passera à + Vsat quand Ve diminuera jusqu'à Vb R1 = R2 = 10 KΩ Ve (V) Vs = -Vsat Vs passera à +Vsat quand Vd = 0 Vs passera à - Vsat quand Ve augmentera jusqu'à dépasser Vh Application numérique : Vd < 0 Vd > 0 Vs = +Vsat Vs passera à -Vsat quand Vd = 0 Application numérique : REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE R2 = 2 . R1 = 10 KΩ Ve (V) Ve = Vh = Vd = Ve = Vb = REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE +10 +10 Vh = Vh = t t -10 -10 Vb = Vd = Vb = Vs (V) Vs (V) +10 +10 t t -10 -10 1 ELN : COURS D' ÉLECTRONIQUE AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ (ALI) page 4 / 6 II MONTAGE AMPLIFICATEUR INVERSEUR C MONTAGES AMPLIFICATEURS Le fonctionnement en régime linéaire s'obtient en réalisant une contre-réaction de la sortie sur l'entrée -. Dans ce mode de fonctionnement la tension Vd est considérée comme nulle. CALCUL DE L'AMPLIFICATION : A = Vs / Ve SCHEMA DE MONTAGE R2 I MONTAGE AMPLIFICATEUR NON INVERSEUR R1 8 SCHEMA DE MONTAGE CALCUL DE L'AMPLIFICATION : A = Vs / Ve Ve R2 Vs 8 R1 Vs Ve Application numérique : R1 = 1 KΩ R2 = 5 KΩ Ve (V) REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE +1 t A= Application numérique : R1 = 1 KΩ R2 = 4 KΩ Ve (V) REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE Vsmax = +1 Vs (V) t A= -1 Vsmin = +5 t Vsmax = -1 Vs (V) Vsmin = -5 +5 t -5 Remarque : le fonctionnement n'est linéaire que si la tension d'entrée Ve est comprise dans l'intervalle [-Vsat/A , +Vsat/A] Remarque : le fonctionnement n'est linéaire que si la tension d'entrée Ve est comprise dans l'intervalle [-Vsat/A , +Vsat/A] 1 ELN : COURS D' ÉLECTRONIQUE AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ (ALI) III MONTAGE ADDITIONNEUR NON INVERSEUR EXPRESSION DE VS EN FONCTION DE VE1 ET VE2 page 5 / 6 IV MONTAGE SOUSTRACTEUR SCHEMA DE MONTAGE R4 EXPRESSION DE VS EN FONCTION DE VE1 ET VE2 SCHEMA DE MONTAGE R2 8 R1 8 R3 Ve2 Ve1 R2 R1 Ve1 (V) Application numérique : Ve1 REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE Ve1 (V) Application numérique : +2 R1 = R2 = R3 =R4 = 10 KΩ t Vs = Vs REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE t Vs = -2 Ve2 (V) +2 Vsmax = t Vsmin = R4 +2 R1 = R2 = R3 =R4 = 10 KΩ -2 Vsmax = R3 Ve2 Vs Vs (V) Vs (V) +2 0 0 t -2 Vsmin = +4 Ve2 (V) 0 t -2 t 1 ELN : COURS D' ÉLECTRONIQUE AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ (ALI) D SYNTHÈSE page 6 / 6 NOM : R2 Compléter le tableau suivant en donnant pour chacun des montages son nom et l'expression littérale de la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée. R1 8 Vcc NOM : Ve Vs R1 8 Vd R2 Vref Vs R4 NOM : 8 Ve R3 Vcc NOM : Ve2 R1 Ve1 R2 Si les résistances sont égales : R1 Vs 8 Vd R2 Vref Vs Ve NOM : R2 NOM : 8 8 R1 Vs Ve Si les résistances sont égales : R3 Ve2 Ve1 R2 NOM : 8 R1 Vs Ve R4 Vs
