Ami Pro - AMPLI.SAM

APRÉSENTATION
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.
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.
ISYMBOLE ET DESCRIPTION DES ALI
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.
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.
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.
L'ALI est un amplificateur de différence de tension.
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 < Vsat, la tension Vd est donc nulle).Vs
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).
III RÉGIME DE FONCTIONNEMENT D'UN ALI
La caractéristique de transfert met en évidence les deux modes de fonctionnement possibles
pour l'ALI :
- 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).
Le fonctionnement en régime de saturation qui
s'obtient sans contre-réaction. ou avec un rebouclage de la
sortie sur l'entrée +
BMONTAGES COMPARATEURS DE TENSIONS À ALI
IPRÉSENTATION
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.
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S
Vd
Vs = Ad.Vd
I+ = 0
I- = 0
8
S
Vd
Vs
V-
V+
e+
e-
Vs
Vd
+Vsat
-Vsat
Saturation
Saturation
Linéaire
-Vsat < Vs < +Vsat Vd =
Si V+ < V- Vd Vs =
Si V+ > V- Vd Vs =

II COMPARATEURS SIMPLES (À UN SEUIL)
Dans les exemples qui suivent les ALI seront supposés parfaits et alimentés entre +/- 10V.
1COMPARATEUR NON INVERSEUR À UN SEUIL
La tension d'entrée est appliquée sur l'entrée
2COMPARATEUR INVERSEUR À UN SEUIL
La tension d'entrée est appliquée sur l'entrée
8
Vd
Vs
Ve
Vref
Vcc
R1
R2
Expression littérale de Vref :
Application numérique :
R1 = R2 = 10 KΩ
Vcc = 10 V
SCHEMA DE MONTAGE CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT
Vs(V)
Ve (V)
+Vsat
-Vsat
Vref =
REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE
Ve (V)
+10
-10
t
Vs (V)
+10
-10
t
Vd =
si Ve > Vref
si Ve < Vref
Vd
Vd
Vs =
Vs =
8
Vd
Vs
Ve
Vref
Vcc
R3
R4
Expression littérale de Vref :
Application numérique :
R3 = 4.7 KΩ
Vcc = 10 V
SCHEMA DE MONTAGE CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT
Vs(V)
Ve (V)
+Vsat
-Vsat
Vref =
REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE
Ve (V)
+10
-10
t
Vs (V)
+10
-10
t
R4 = 2.2 KΩ
Vd =
si Ve > Vref
si Ve < Vref
Vd
Vd
Vs =
Vs =
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III COMPARATEURS À HYSTÉRÉSIS (À DEUX SEUILS)
1COMPARATEUR À HYSTÉRÉSIS INVERSEUR
2COMPARATEUR À HYSTÉRÉSIS NON INVERSEUR
8
Vd
Vs
Ve
Vref R1 R2
Expression littérale de Vref :
Application numérique :
R1 = R2 = 10 K
SCHEMA DE MONTAGE CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT
Vs(V)
Ve (V)
+Vsat
-Vsat
Vh =
REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE
Ve (V)
+10
-10
t
Vs (V)
+10
-10
t
Si Ve = - Vcc Vd > 0 Vs = +Vsat Vref = Vh =
Si Ve = + Vcc Vd < 0 Vs = -Vsat Vref = Vb =
Ω
Vb =
Vs passera à - Vsat quand Ve augmentera jusqu'à dépasser Vh
Vs passera à + Vsat quand Ve diminuera jusqu'à Vb
8
Vd
Vs
Ve
R1 R2
Expression littérale de Vd :
Application numérique :
R2 = 2 . R1 = 10 K
SCHEMA DE MONTAGE CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT
Vs(V)
Ve (V)
+Vsat
-Vsat
Vh =
Si Ve << 0 Vd < 0 Vs = -Vsat Vd =
Si Ve >> 0 Vd > 0 Vs = +Vsat Vd =
Ω
Vb =
Vs passera à +Vsat quand Vd = 0 Ve = Vh =
Vs passera à -Vsat quand Vd = 0 Ve = Vb =
REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE
Ve (V)
+10
-10
t
Vs (V)
+10
-10
t
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CMONTAGES 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.
IMONTAGE AMPLIFICATEUR NON INVERSEUR
II MONTAGE AMPLIFICATEUR INVERSEUR
8
Vs
Ve
R1
R2
SCHEMA DE MONTAGECALCUL DE L'AMPLIFICATION : A = Vs / Ve
Application numérique :
R1 = 1 KΩ
R2 = 4 K
REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE
Ve (V)
+1
-1
t
Vs (V)
+5
-5
t
Ω
Remarque : le fonctionnement n'est linéaire que si la tension d'entrée Ve est comprise dans
l'intervalle [-Vsat/A , +Vsat/A]
A =
Vsmax =
Vsmin =
A =
Vsmax =
Vsmin =
8
Vs
Ve
R1
R2
SCHEMA DE MONTAGECALCUL DE L'AMPLIFICATION : A = Vs / Ve
Application numérique :
R1 = 1 KΩ
R2 = 5 K
REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE
Ve (V)
+1
-1
t
Vs (V)
+5
-5
t
Ω
Remarque : le fonctionnement n'est linéaire que si la tension d'entrée Ve est comprise dans
l'intervalle [-Vsat/A , +Vsat/A]
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III MONTAGE ADDITIONNEUR NON INVERSEUR IV MONTAGE SOUSTRACTEUR
SCHEMA DE MONTAGEEXPRESSION DE VS EN FONCTION DE VE1 ET VE2
Application numérique :
R1 = R2 = R3 =R4 = 10 KΩ
REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE
Ve1 (V)
+2
-2
t
Ve2 (V)
t
8
VsR1 R2
Ve1Ve2
R3
R4
Vs (V)
+4
0t
+2
Vs =
Vsmax =
Vsmin =
Vs =
Vsmax =
Vsmin =
8
Vs
R1
R2
SCHEMA DE MONTAGEEXPRESSION DE VS EN FONCTION DE VE1 ET VE2
Application numérique :
R1 = R2 = R3 =R4 = 10 KΩ
REPONSE A UN SIGNAL D'ENTREE
Ve1 (V)
+2
-2
t
Ve2 (V)
t
Vs =
Ve1
Ve2 R3
R4
Vs (V)
+2
0t
0
-2
-2
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