Electronique Electronique L`Amplificateur opérationnel

Lycée Viette
TSI 1
Electronique
L'Amplificateur opérationnel
I. L’amplificateur opérationnel idéal
L’amplificateur opérationnel (A.O.) idéal est un composant électronique comportant deux
entrées ( inverseuse - et non inverseuse + ) et une sortie. C’est un amplificateur différentiel de
tension. Par l’adjonction de composants extérieurs ( résistances, condensateurs, … ), il permet
de réaliser des opérations mathématiques.
L’alimentation continue symétrique ( +15 V , -15 V ) n’est pas représentée, mais est présente
Il faut d’abord alimenter l’A.O. avec cette alimentation , de même il faut l’éteindre en dernier.
@∞
i+
+
ε
_
is
ie+
vs
e-
Les courants entrée i+ et i- sont nulles, mais le courant de sortie is est possible.
Les impédances d’entrée sont infinies, l’impédance de sortie est nulle.
L’amplificateur opérationnel peut fonctionner selon deux régimes :
• un régime linéaire avec ε = 0 et − Vsat < vs < + Vsat
• un régime saturé ( non linéaire ) avec ε ≠ 0, si ε > 0 vs = Vsat et si ε < 0 vs = – Vsat
• très souvent Vsat = 14 V dans les exercices
La caractéristique de transfert de l’A.O. idéal ( en boucle ouverte ) est la suivante :
vs
régime linéaire
+ Vsat
régime non linéaire
ε
- Vsat
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En régime linéaire, la modélisation de l'A.O. idéal est la suivante :
+
ε
avec µ → ∞ et ε → 0
µ.ε
_
II. L’amplificateur opérationnel réel
Les amplificateurs opérationnels sont des C.I. constitués de dizaines de transistors, condensateurs, résistances… Les deux A.O. couramment utilisés en T.P. sont le 741 ( constitué de
transistors bipolaires ) et de 081 ( constitué de transistors à effet de champ ).
+ VCC
N.C.
vs
5
N.C. non connecté
1
-
+
e-
e+
- VCC
Pour les A.O. réels :
• les courants d’entrée i- et i+ ne sont pas nulles ( qq nA )
• le courant de sortie est limité à qq 10 mA
• les impédances d’entrée ne sont pas infinies ( qq MΩ )
• l’impédance de sortie n’est pas nulle ( qq Ω )
• présence d’une tension de décalage ou tension d’offset ( si ε = 0 , vs ≠ 0 ) le tension
d’offset est de l’ordre du qq mV ( cette tension peut être compensée à l’aide des
bornes 1 et 5 ).
• la caractéristique de transfert est la suivante :
vs
Voff
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ε
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•
•
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en régime linéaire vs = µ.ε ( Voff compensée ) avec µ de l’ordre de qq 105
( pour un A.O. idéal µ → ∞ )
de plus pour un A.O. réel, le coefficient d’amplification µ dépend de la fréquence
µ0
l’A.O. réel peut être considéré comme un filtre passe-bas µ =
ω
1 + j.
ω0
-1
avec ω0 de l’ordre de qq 10 s et µ0 ( transmittance statique )de l’ordre de qq 105.
dv
1
τ. S + vS = µ 0 .ε avec τ =
dt
ω0
la vitesse de balayage ( slew rate ) n’est pas infinie. Le temps de montée (ou de descente du signal de sortie n’est pas nul, mais de qq V / µs . dvs est la vitesse de
dt
balayage.
ε(t)
vS(t)
t
t
Le schéma d’un A.O. réel est le suivant :
@∞
Voff
ε
Ze
+
µ.ε
is
_
Zs
e+
vs
i+
e-
i-
Z+
Z-
Ze impédance différentielle d’entrée
Très souvent dans les montages la plupart des défauts sont négligés, le schéma équivalent
simplifié devient :
µ.ε
ε
Ze
e-
Zs
vs
+
e+
Dans le cas d’un amplificateur de tension idéal : Ze → ∞ et Zs = 0
µ est indépendant de la fréquence
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