Fiche Amplificateur Linéaire Intégré Amplificateur Linéaire Intégré (ALI) Amplificateur Opérationnel (AOP) Cette fiche présente le principe des circuits intégrés proposant une amplification linéaire intégré. Introduction : Schéma de principe d’une amplification L’amplification d’une différence de potentiel (ddp) est couramment utilisée en électronique. Par exemple, une source audio (lecteur de cassette, lecteur CD, etc..) produit un signal trop faible pour être convenablement écoutée au travers de haut-parleurs ; Il convient Signal à Amplifier donc d’amplifier ce signal pour le restituer à un niveau de tension suffisant. Pour augmenter l’amplitude d’un signal, il faut de l’énergie, et donc tout amplificateur devra être alimenté. Energie Extérieure Signal Amplifié Amplification Circuit Amplificateur Linéaire Intégré : Symbole du composant seul Sy m bole norma lisé d'a mplific a tion V a le ur de l'A mplific a tion diffé re ntie lle Les composants appelés Amplificateurs Linéaires Intégrés (ALI) ou encore Amplificateurs Opérationnels (AOP) permettent d’assurer l’amplification d’une différence de potentiel (ddp). E ntré e non inve r se use e+ V + Ad Ces composants sont référencés sous de multiples appellations comportant toutes de multiples caractéristiques de fonctionnement. + e + Vs eV- - E ntré e inve rse use Il faudra donc étudier la documentation constructeur du composant à utiliser pour vérifier qu’il correspond bien à l’utilisation demandée. Ex : TL081, LF412 ; LM318 etc.. Sor tie non inve r se use Amplification différentielle : Ad Schéma équivalent intermédiaire n°1 Lorsqu’il est correctement alimenté (énergie nécessaire pour amplifier), le circuit ALI dispose d’une Amplification Différentielle. C’est à dire que la différence de potentiel présente entre l’entrée non inverseuse e+ et l’entrée inverseuse e- (ddp nommée ε = V+ - V-) est amplifiée. L’ALI propose alors la ddp par rapport à la référence des potentiels (masse) VS = Ad x ε où Ad représente l’amplification différentielle du composant ALI utilisé. La valeur de Ad est donnée par la documentation constructeur. Amplificateur Linéaire Intégré e+ V + + + e Vs Ad x e eV- Laurent Lubrano 2001 A mplific a tion dif fé r e ntie lle Page 1 / 3 Fiche Amplificateur Linéaire Intégré Attention : L’amplification différentielle Ad n’est pas une constante, et pour un même composant, elle dépend de la fréquence d’utilisation, c’est à dire de la fréquence des signaux à amplifier et aussi en fonction de la température d’utilisation du circuit. Les courbes ci-dessous montrent bien que Ad diminue considérablement avec la fréquence de travail et de façon un peu moins prononcée avec la Température. Attention : On se débrouillera toujours pour utiliser un circuit tel que Ad reste élevée à la fréquence des signaux à amplifier. La bonne utilisation d’un ALI implique que pour les signaux à amplifier, l’amplification différentielle Ad doit être très grande par rapport aux ddp d’alimentation du circuit et au tensions mises en jeu. Dans ce cas on pourra la considérer comme infinie. Exemple : Si le circuit ALI est alimenté entre -15 Volts et +15 Volts, et qu’à la fréquence et la température de travail le circuit présente une amplification différentielle Ad = 106 , alors une ddp d’entrée différentielle ε = 1 µV provoque déjà une sortie VS = 1V, et par la suite 15 µV impliquent déjà la saturation du circuit à VS = +15 V. Ce qui signifie que le circuit seul ne permet pas d’assurer une amplification linéaire, et ne peut servir que de comparateur de tension. La fiche Montages à ALI présentera les utilisations linéaires de ces circuits. Vs +V sat 0 -V sat La courbe présente le mode de fonctionnement circuit seul ou en boucle ouverte ou en comparateur de tension : e= V + - V - P our les valeurs très faibles de la ddp différentielle d'entrée la saturation n'est pas encore atteinte et il existe une zone linéaire dans laquelle il est impossible de travailler facilement. Dans ce mode de fonctionnement la sortie Vs ne peut prendre que deux valeurs qui sont les valeurs de saturation +Vsat et -Vsat du circuit. Résistance d’entrée et courants d’entrée : Ri et i+, ii+ V + + + Ri e Ad x e iV- Ré sista nc e d'e ntré e Le circuit ALI n’est pas parfait, il existe en effet entre les entrées e+ et e- une résistance d’entrée Ri qui engendre des courants d’entrée i+ et i- (Input Bias Current). Cette résistance d’entrée Ri est due à la constitution du circuit, et les constructeurs rivalisent de savoir faire pour lui assurer une valeur la plus grande possible engendrant les courant les plus Vs faibles possibles et donc de faibles perturbations. Pour le TL081 cette résistance est de l’ordre de Ri=1012Ω et les courants i+ et i- sont donnés à 4 nA dans le pire des cas. Un bon circuit ALI se caractérisera par une Résistance d’entrée Ri très grande et donc des courants d’entrée très faibles ne perturbant pas le fonctionnement. Schéma équivalent intermédiaire n°2 Amplificateur Linéaire Intégré Laurent Lubrano 2001 Page 2 / 3 Fiche Amplificateur Linéaire Intégré Schéma équivalent final Résistance de sortie : Ro Ré sista nc e de sor tie Comme tous les circuit produisant un signal, la sortie de l’ALI se comporte comme un générateur de tension et donc en tant que tel elle est soumise aux mêmes limitations que tous les générateurs, à savoir que la tension délivrée en sortie n’est assurée que jusqu’à une certaine valeur de courant pouvant être débitée par cette sortie. Au delà de ce courant maximum, la tension de la sortie se détériore. Cette limitation est due à la présence d’une résistance de sortie Ro en série. Un bon circuit ALI se caractérisera par une Résistance de sortie Ro très petite assurant un bon générateur de tension en sortie. i+ V Ro + + Ri e Vs Ad x e i- - V- Vitesse de Balayage : Slew rate La sortie Vs du composant ne peut passer instantanément d’une valeur Vs1 à une valeur Vs2, la vitesse avec laquelle la sortie du circuit pourra effectuer cette transition s’appelle la Vitesse de Balayage ou Slew rate et est exprimée en V/µs. Le Slew rate est primordial dans le traitement de signaux alliant une fréquence rapide à une grande amplitude. Il conviendra donc de choisir un circuit rapide avec un grand Slew rate pour éviter la déformation des signaux. Amplificateur Linéaire Intégré Laurent Lubrano 2001 Page 3 / 3