Amplificateur opérationnel (Partie 1)
publicité
Analyse des circuits électriques -GPA220- Cours #5: Amplificateurs opérationnels (partie 1) Enseignant: Jean-Philippe Roberge S Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Cours #5 S Résultats et correction du quiz #1 S Bref retour sur le cours #4 S Théorème de Thévenin S S Méthode simplifiée Théorème de Norton S Méthode simplifiée S Équivalence Thévenin / Norton S Transfert maximal de puissance S Théorème de superposition S Équivalence puissance / énergie 2 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Cours #5 S Théorie du cours #5 (Introduction aux ampli-op) S Historique et utilités de l’amplificateur opérationnel (ampli-op) S Symbole de l’ampli-op et identification de ses entrées S Propagation de la tension et du courant dans un ampli-op S Caractéristiques de l’ampli-op idéal S Exercices du cours #5: (2 exemples sur l’ampli-op) 3 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Correction du quiz #1 Moyenne: 64,615% Écart-Type: 26,265% Max: 100% Min: 10% 4 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Retour sur le cours #4 5 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Retour sur le cours #4 (1) S Théorème de Thévenin: Tout circuit linéaire composé de source(s) et de résistance(s) peut être réduit à son équivalent Thévenin: 6 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Retour sur le cours #4 (2) S 1) On cherche d’abord la tension de Thévenin Vth S Mesurer (ou calculer) la tension de sortie en circuit ouvert: VTH VAB S 2) On doit ensuite trouver la résistance de Thévenin Rth S Mesurer (ou calculer) le courant en ajoutant un court circuit entre a et b: 7 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Retour sur le cours #4 (3) S Maintenant que l’on connait la résistance et le voltage de Thévenin, on peut re- dessiner le circuit tel que: Peu importe ce que l’on branche entre le point A et le point B, le comportement sera équivalent à si le composant avait été branché aux points A et B du circuit original. S Méthode simplifiée: il existe une méthode plus rapide pour trouver la résistance de Thévenin: S On remplace les sources de tension par des courts-circuits S On remplace les sources de courant par un circuit ouvert RTH Req 8 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Retour sur le cours #4 (4) S Théorème de Norton: Tout circuit linéaire composé de source(s) et de résistance(s) peut être représenté par son équivalent Norton: 9 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Retour sur le cours #4 (5) S Démarche: S 1) On cherche d’abord le courant de Norton iN : S On mesure ou calcule le courant de sortie en ajoutant un court-circuit entre a et b in icc S 2) On doit ensuite trouver la résistance de Norton RN S On mesure ou calcule la tension de sortie en circuit ouvert: Vab RN iN 10 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Retour sur le cours #4 (6) S Maintenant que l’on connait la résistance et le courant de Norton, on peut redessiner le circuit électrique tel que: Peu importe ce que l’on branchera entre a et b, le comportement sera équivalent à si le composant avait été branché entre le point a et b du circuit original. S Méthode simplifiée: Il existe une méthode plus rapide pour trouver la résistance de Norton: S 1) Commencer par remplacer les sources de tension par un court-circuit S 2) Remplacer les sources de courant par un circuit ouvert N RN Req 11 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Retour sur le cours #4 (7) S Chaque modèle de Thévenin a un équivalent de Norton: S Pour passer d’un équivalent à l’autre, on utilise la théorie de substitution des sources vue au cours #2 (Chap.2) ! S Avec sources dépendantes: Il s’agit de la même démarche pour trouver RTh, RN, VTh et iN S Cela va toutefois complexifier légèrement les équations S Attention: On ne peut toutefois pas désactiver une source (de tension ou de courant) dépendante pour utiliser les techniques simplifiées permettant de trouver la résistance de Norton ou de Thévenin. 12 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Retour sur le cours #4 (8) S En ce qui a trait au transfert maximal de puissance, la question que nous nous posons est: S Quelle est la résistance RL qui permettra de transférer le plus de puissance d’un circuit à un autre? S La résistance maximisant la puissance est donnée par : RL RTh S Et, qu’en utilisant cette valeur de résistance: Pmax VTh2 4 RTh 13 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Continuité du cours #4 (9) S Principe de superposition: Provient de la linéarité du système. S L’analyse d’un circuit comprenant plusieurs sources indépendantes peut se faire en plusieurs analyses comprenant une seule source indépendante. S Les courants et tensions deviennent la somme des courants et tensions calculés pour chaque analyse. S Lorsque le circuit comporte des sources dépendantes, le principe de superposition s’applique toujours, mais en conservant les source dépendantes lors de chaque analyse. S Exemple… 14 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Cours #5 15 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Historique de l’ampli-op (1) S Qu’est-ce qu’un amplificateur opérationnel ? S Un amplificateur opérationnel (ampli-op) permet d’amplifier un potentiel électrique présent à ses entrées. S Composé de transitors (généralement), ou encore de tubes électroniques. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/06/OPAMP_Packages.jpg S Très répandu dans une foule de domaines, pour une multitude d’applications. S Plusieurs configurations de branchement. 16 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Historique de l’ampli-op (2) S Qu’est-ce qu’un amplificateur opérationnel (suite) ? S L’ampli-op est une application directe du transitor 17 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Historique de l’ampli-op (3) S Qu’est-ce qu’un amplificateur opérationnel (suite) ? S L’ampli-op est une application directe du transitor 18 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Historique de l’ampli-op (4) S Qu’est-ce qu’un amplificateur opérationnel (suite) ? S Une combinaison de plusieurs transistors: 19 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Historique de l’ampli-op (5) S Qu’est-ce qu’un amplificateur opérationnel (suite) ? S Aujourd’hui, les ampli-op sont rendus très compacts: 20 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Symboles et entrées de l’ampli-op (1) S Un des modèles d’ampli-op les plus répandus est le modèle 741: + - 21 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Symboles et entrées de l’ampli-op (2) S Souvent, on ne représentera pas les bornes d’alimentation: 22 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Tensions dans l’ampli-op (1) 23 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Courants dans l’ampli-op (1) 24 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Équations de l’ampli-op (1) 25 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Équations de l’ampli-op (2) S L’ampli-op possède une résistance d’entrée très élevée, de sorte que l’on peut assumer: i p in 0 S La loi des courants de Kirchhoff impose donc que: i0 ic ic 26 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Caractéristiques de l’ampli-op idéal (1) S L’amplificateur opérationnel parfait ou idéal possède entre autres les caractéristiques suivantes: S Un gain A infini S Une résistance d’entrée infinie S Ceci impose qu’en mode linéaire : v p vn i p in 27 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Caractéristiques de l’ampli-op idéal (2) Exercices S Rétroaction: S Puisqu’on doit avoir Vp=Vn mais qu’en pratique ces deux tensions ne sont pas égales, on utilise une rétroaction. 28 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Caractéristiques de l’ampli-op idéal (3) Exercices S Comment savoir si l’ampli-op est en mode linéaire? 29 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014 Références S [1] Présentations PowerPoint du cours GPA220, Vincent Duchaine, Hiver 2011 S [2] NILSSON, J. W. et S.A. RIEDEL. Introductory Circuits for Electrical and Computer Engineering, Prentice Hall, 2002. S [3] Wildi, Théodore. Électrotechnique, Les presses de l’Université Laval, 3ième édition, 2001 S [4] Floyd, Thomas L. Fondements d’électrotechnique, Les éditions Reynald Goulet inc., 4ième édition, 1999 30 Jean-Philippe Roberge - Janvier 2014
