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TINF traitement de l’information
Cours
cours TINF-1
amplificateurs linéaires intégrés
Cours TINF 1
TSI1
Le Traitement du signal
X
TSI2
Période
Amplificateurs linéaires intégrés
Cycle 4 : Traitement de l’information
1
2
3
4
5
X
Durée : 6 semaines
1- Introduction :
L’objectif du conditionnement du signal est de mettre en forme les informations généralement issues des
capteurs pour les rendre exploitables pour l’unité de traitement.
Ce conditionnement est souvent assuré par un composant électronique qui se nomme :
Amplificateur Linéaire Intégré (ALI)
Exemple : Capteur de luminosité d’un store automatisé :
 Un store automatique est sensible à la présence ou à l’absence de soleil : il doit descendre si
l’intensité lumineuse dépasse un certain seuil, remonter si elle repasse en-dessous d’un autre seuil.
 Le capteur de lumière nécessaire à cette fonction est une photorésistance. Cette photorésistance
laisse circuler un courant d’autant plus grand que la luminosité est importante.
 Ce courant est l’entrée de la fonction "Détecter un niveau de luminosité", qui fait apparaître
plusieurs fonctions électroniques classiques dans toute chaîne d’acquisition de mesure : filtrage,
amplification, mise en forme (comparaison et adaptation) :
ALI
Traitement du Signal / Mise en forme du signal
Analyser
Modéliser
Résoudre
Expérimenter
Concevoir
Appréhender les analyses fonctionnelles fonctionnelle et structurelle
Savoirs faires associés
Analyser l’effet de la commande sur le comportement de la chaîne d’énergie
Analyser
Modéliser
Résoudre
Expérimenter
Concevoir
Identifier et caractériser les grandeurs physiques agissant sur un système
Savoirs faires associés
Identifier la nature de l’information et la nature du signal
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Réaliser
%
§
Communiquer
bilan
1à3
Réaliser
%
§
Communiquer
bilan
1à3
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amplificateurs linéaires intégrés
 Le problème est que le capteur de lumière est peu
sensible, c'est-à-dire qu’une forte variation de
luminosité ne produit qu’une faible variation de la
tension image V1. Pour rendre la détection plus
sensible, il faut augmenter la pente Δtension / Δlumière
en amplifiant V1, c'est-à-dire en le multipliant à une
constante.
 Puisque le signal de sortie de la chaîne « détecter un niveau de luminosité » doit être binaire, il faut
ensuite transformer la tension analogique V3 en une tension logique V5. Cette conversion
analogique → logique est une mise en forme. On utilise un comparateur à hystérésis dont la
caractéristique est la suivante :

 On voit ainsi que le même composant, un ALI (Amplificateur Linéaire Intégré), permet de réaliser
deux fonctions de conditionnement totalement différentes.
La fonction de conditionnement permet donc :
-
Adapter le signal électrique pour lui donner la forme la plus appropriée pour son traitement ;
Amplifier le signal ;
Filtrer les signaux (suppression du bruit et des fréquences parasites) ;
Linéariser les signaux sur une étendue de mesure ;
Convertir en signaux numériques les grandeurs électriques analogiques ;
1-1 Symbole et brochage : ALI : Amplificateur Linéaire Intégré
alimentation
non inverseuse
+ +Vcc
S
-
-Vcc
entrées
inverseuse
Norme française
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+ +Vcc
- -Vcc
S
sortie
Norme américaine
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1-2 Caractéristique de transfert d’un ALI :
Symbole
d’amplification
Valeur
d’amplification
Tension différentielle : ε = V+ - VL’ALI se comporte comme un amplificateur
Avd : amplification différentielle (ex 105)
Donc : 𝑽𝑺 = 𝑨𝒗𝒅 . (𝑽+ − 𝑽− ) = 𝑨𝒗𝒅 . 𝜺
La tension de sortie est limitée en théorie à l’intervalle [+Vcc;Vcc], en réalité, à [+Vsat;-Vsat].
(Vcc – Vsat) est appelée tension de déchet (de l’ordre de 1 à
2 V)
Zone linéaire
ε = 150 μV
L’ALI fonctionne donc en amplificateur pour une
valeur de ε très faible.
Dans ce mode de fonctionnement, il délivrera un
signal tout ou rien en fonction du signe de ε.
Pour l’utiliser en amplification, il faudra réaliser une
boucle de réaction. (Liaison de la sortie sur l’entrée
inverseuse)
VS
+Vcc (15V)
+Vsat (14V)
ε
15V
-15V
-Vsat (-14V)
-Vcc (-15V)
Zone non linéaire
On distinguera par la suite deux modes de fonctionnement de l’ALI :
 Fonctionnement en non linéaire : saturation
 Fonctionnement en linéaire : amplification
1-3 Caractéristiques d’un ALI parfait :
-
Impédance d’entrée différentielle infinie Ze :
→ i + = i - = 0 et Ze = Ve / Ie
-
Impédance de sortie nulle Zs :
→ Vs indépendant du courant de sortie
Zs = Vs / Is
Amplification différentielle Avd infinie :
→ En régime linéaire ε = 0 → V+ = V-
-
2- Montage ALI en régime non linéaire :
Conditions :
Pour qu’un ALI fonctionne en Régime Non Linéaire, il faut :
- Pas de boucle de contre réaction (liaison entre la sortie et l’entrée inverseuse -) ;
- Possibilité d’une réaction positive (liaison entre la sortie et l’entrée non inverseuse +).
Étude de la tension de sortie Vs :
- Si ε > 0, alors Vs = + Vcc
- Si ε < 0, alors Vs = - Vcc
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Différents montages d’ALI en Régime Non Linéaire : RNL
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Les comparateurs : Permettent de comparer un signal à une ou plusieurs tensions de références.
Les multivibrateurs : Permettent de générer des signaux périodiques ou non.
2-1 Les comparateurs :
On distingue 2 types de comparateurs :
- comparateurs simples : Seuil de comparaison unique;
- comparateurs à hystérésis : Seuil de comparaison double.
2-1-1 Les comparateurs simples :
Définition :
Un montage ALI sera considéré comme comparateur simple s’il n’existe aucune liaison entre la sortie et
l’entrée du composant.

Montage comparateur simple non inverseur
Si Ve > 0 => ε > 0 => Vs = +Vcc
Si Ve < 0 => ε < 0 => Vs = -Vcc

Montage comparateur simple inverseur
Si Ve > 0 => ε < 0 => Vs = -Vcc
Si Ve < 0 => ε > 0 => Vs = +Vcc
Dans ces 2 montages, le seuil de comparaison est la valeur 0.
Il est tout à fait possible de comparer le signal Ve à un autre signal noté Vref.

Montage comparateur simple non inverseur avec Vref > 0 :
Si Ve > Vref => ε > 0 => Vs = +Vcc
Si Ve < Vref => ε < 0 => Vs = -Vcc
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2-1-2 Les comparateurs à hystérésis :
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Définition :
Un montage ALI sera considéré comme comparateur à hystérésis s’il existe une liaison entre la sortie et
l’entrée non inverseuse du composant.

Montage comparateur à hystérésis non inverseur :
En appliquant le théorème de Millman au point de
l’entrée non inverseuse, on obtient :
𝑽𝑺 𝑽𝒆
𝑹𝟎 + 𝑹𝟏 𝑹𝟏 . 𝑽𝑺 + 𝑹𝟎 . 𝑽𝒆
𝑽 =𝜺=
=
𝟏
𝟏
𝑹𝟎 + 𝑹𝟏
+
𝑹𝟎 𝑹𝟏
+
Vs
Vcc
𝑹 .𝑽
𝑹 .𝑽
Or Vs = +Vcc si ε > 0, donc pour : 𝑹 𝟏+𝑹𝒄𝒄 + 𝑹 𝟎+𝑹𝒆 > 0
𝟎
Soit donc pour :
𝑽𝒆 >
−𝑹𝟏
. 𝑽𝒄𝒄
𝑹𝟎
𝟏
𝑹𝟏 .𝑽𝒄𝒄
𝑹𝟎 +𝑹𝟏
𝑹𝟏
. 𝑽𝒄𝒄
𝑹𝟎
= 𝑽𝒉
𝑽𝒆 <
𝟏
= 𝑽𝒃
Or Vs = -Vcc si ε < 0, donc pour : −
Soit donc pour :
𝟎
Ve
+
𝑹𝟎 .𝑽𝒆
𝑹𝟎 +𝑹𝟏
Vh
Vb
<0
-Vcc
Comme pour les comparateurs simples, il est tout à fait possible de décaler le centre du cycle d’hystérésis.

Montage comparateur à hystérésis non inverseur :
La loi d’entrée/sortie est donc :
REGLE DE PARCOURS DU CYCLE D’HYSTERESIS :
Le premier seuil rencontré est ignoré, on bascule au second.
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2-2 Les multivibrateurs :
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On distingue 2 types de multivibrateurs :
- multivibrateur astable : générateur de signaux périodiques;
- multivibrateur monostable : générateur d’une impulsion de durée calibrée.
2-2-1 Les multivibrateurs astables :

montage multivibrateur astable :
On suppose que le condensateur C est initialement
déchargé.
Remarque : Il ne reviendra jamais dans cet état tant
que l’ALI est alimenté.
Le montage est composé d’un ALI en régime non
linéaire fonctionnant en comparateur à hystérésis et
d’un circuit RC.
La tension de sortie vaut +Vcc. Il apparaît donc un régime transitoire, inintéressant pour l’étude.
En régime permanent, la période T de l’oscillateur est égale à :
- t1 : durée de l’état bas de la tension de sortie Vs
- t2 : durée de l’état haut de la tension de sortie Vs
On prend une nouvelle origine des temps (t = 0) au moment où la sortie passe de +Vcc à –Vcc.
Ce basculement s’est produit car la tension Ve(t = 0) = Vh.
On a : uC = Ve et 𝑹𝑪.
𝒅𝑽𝒆
𝒅𝒕
+ 𝑽𝒆 = −𝑽𝒄𝒄
Dont la solution est :
𝒕
𝑽𝒆 (𝒕) = (𝑽𝒉 + 𝑽𝒄𝒄 ). 𝒆−𝑹𝑪 − 𝑽𝒄𝒄
Ve(t) décroît exponentiellement pour tendre vers –Vcc.
Or lorsque Ve(t) atteint Vb, la tension de sortie rebascule à +Vcc.
On notera t1 cet instant du basculement.
𝒕𝟏
A cet instant, Ve(t1) vaut : 𝑽𝒆 (𝒕) = (𝑽𝒉 + 𝑽𝒄𝒄 ). 𝒆−𝑹𝑪 − 𝑽𝒄𝒄 = 𝑽𝒃
On en déduit donc l’expression de la durée t1 :
𝒕𝟏 = 𝑹𝑪. 𝐥𝐧 (
𝑽𝒉 + 𝑽𝒄𝒄
𝟐𝑹𝟏
) = 𝑹𝑪. 𝐥𝐧 (𝟏 +
)
𝑽𝒃 + 𝑽𝒄𝒄
𝑹𝟎
Le basculement ayant eu lieu à l’instant t1, la tension de sortie vaut donc maintenant Vs = +Vcc.
Le condensateur se charge donc à travers la résistance R sous la tension +Vcc.
Dès que la tension Ve va atteindre Vh, la sortie rebasculera ainsi de suite. Cet instant est noté t2. Le
condensateur se charge et se décharge à travers la même résistance, donc t2 = t1.
𝑻 = 𝒕𝟏 + 𝒕𝟐 = 𝟐𝑹𝑪. 𝐥𝐧 (𝟏 +
𝟐𝑹𝟏
)
𝑹𝟎
Avantage de ce montage :
- Réglage de la fréquence par action
sur R0 et R1.
Inconvénient de ce montage :
- rapport cyclique fixe et = 0.5
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3- Montages ALI en régime linéaire :
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Définitions :
Pour qu’un ALI fonctionne en Régime Linéaire, il faut une boucle de contre-réaction (liaison de la sortie
sur l’entrée inverseuse -)
Si l’ALI est considéré comme parfait, on a : ε = 0
ε = V+ - V- = 0 soit : V+ = Vi+ = i- = 0
Méthodologie d’études des montages linéaires :
1
Nature de la stabilité
- ALI en régime linéaire (contre réaction)
2
Méthode de calcul
- Théorème de Millman (le plus souvent)
3
Conduite de calcul
- Expression du potentiel en V+ ou V- Relations fondamentales : ε = 0, i+ = i- = 0
4
Présentation des résultats
- Expression de la fonction de transfert Vs / Ve
5
Vérification
- Signal d’entrée en V+ : montage non-inverseur
- Signal d’entrée en V- : montage inverseur
Donc :

Montage amplificateur non inverseur
1°) Présence d’une contre réaction, donc : fonctionnement
en régime linéaire.
V+ = V- et i+ = i- = 0
2°) Application du théorème de Millman à l’entrée
inverseuse :
𝑽𝑺
𝟎
+
𝑹
𝑹
𝟏
𝑽− = 𝟎
𝟏
𝟏
𝑹𝟎 + 𝑹𝟏
3°) Expression des potentiels en V+ et V- :
𝑽+ = 𝑽𝒆
𝑹𝟏
𝑽− =
.𝑽
𝑹𝟏 + 𝑹𝟎 𝑺
4°) Expression de la fonction de transfert :
𝑽𝑺 = (𝟏 +
𝑹𝟎
)𝑽
𝑹𝟏 𝒆
5°) Vérification :
Le signal d’entrée Ve est relié à l’entrée non inverseuse, donc montage non inverseur.

Montage amplificateur inverseur
1°) Présence d’une contre réaction, donc :
fonctionnement en régime linéaire.
V+ = V- et i+ = i- = 0
2°) Application du théorème de Millman sur l’entrée
inverseuse :
𝑽𝑺 𝑽𝒆
𝑹𝟎 + 𝑹𝟏
−
𝑽 =
𝟏
𝟏
𝑹𝟎 + 𝑹𝟏
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3°) Expression des potentiels en V+ et V- :
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𝑽+ = 𝟎
𝑽− =
𝑹𝟏 𝑽𝒔 + 𝑹𝟎 𝑽𝒆
𝑹𝟏 + 𝑹𝟎
4°) Expression de la fonction de transfert :
𝑽𝒔 = −
𝑹𝟎
𝑽
𝑹𝟏 𝒆
5°) Vérification :
Le signal d’entrée Ve est relié à l’entrée inverseuse, donc montage inverseur.

Montage dérivateur inverseur
1°) Présence d’une contre réaction, donc :
fonctionnement en régime linéaire.
V+ = V- et i+ = i- = 0
2°) Expression des potentiels en E+ et E- :
V+ = 0
𝑽𝒆 − 𝒖𝒄 − 𝑹𝟎 . 𝒊𝒄 = 𝑽𝒔
3°) Expression de la fonction de transfert : 𝑽𝒆 = 𝒖𝒄
𝑽𝒔 = −𝑹𝟎 . 𝒊𝒄
𝒅𝒖𝒄 (𝒕)
Or :
𝒊𝒄 = 𝑪
Donc
𝑽𝒔 = −𝑹𝟎 𝑪
𝒅𝒕
𝒅𝑽𝒆 (𝒕)
𝒅𝒕
5°) Vérification :
Le signal d’entrée Ve est relié à l’entrée inverseuse, donc montage dérivateur inverseur.

Montage intégrateur inverseur
1°) Présence d’une contre réaction, donc :
fonctionnement en régime linéaire.
V+ = V- et i+ = i- = 0
2°) Expression des potentiels en E+ et E- :
V+ = 0
𝑽𝒆 − 𝒖𝒄 − 𝑹𝟎 . 𝒊𝒄 = 𝑽𝒔
3°) Expression de la fonction de transfert : 𝑽𝒆 = 𝑹𝟎 . 𝒊𝒄
𝑽𝒔 = −𝒖𝒄
𝒅𝒖𝒄 (𝒕)
Or :
𝒊𝒄 = 𝑪
Donc
𝑽𝒆 = −𝑹𝟎 𝑪
𝒅𝒕
𝒅𝑽𝒔
𝒅𝒕
−𝟏
=> 𝑽𝒔 = 𝑹 𝑪 . ∫ 𝑽𝒆 (𝒕)𝒅𝒕
𝟎
5°) Vérification :
Le signal d’entrée Ve est relié à l’entrée inverseuse, donc montage intégrateur inverseur.
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