Amplification e

Fiche Amplificateur Linéaire Intégré
Amplificateur Linéaire Intégré Laurent Lubrano 2001 Page 1 / 3
Amplificateur Linéaire Intégré (ALI)
Amplificateur Opérationnel (AOP)
Cette fiche présente le principe des circuits intégrés proposant une amplification linéaire intégré.
Introduction :
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
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.
Circuit Amplificateur Linéaire Intégré :
Symbole du composant seul
Les composants appelés Amplificateurs Linéaires
Intégrés (ALI) ou encore Amplificateurs Opérationnels (AOP)
permettent d’assurer l’amplification d’une différence de
potentiel (ddp).
Ces composants sont référencés sous de multiples
appellations comportant toutes de multiples caractéristiques de
fonctionnement.
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..
Amplification différentielle : Ad
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.
Schéma de principe d’une amplification
Amplification
Energie Extérieure
Signal à AmplifierSignal Amplifié
Schéma équivalent intermédiaire n°1
V
V
V
+
+
+
-
-
s
Ad
e
e
+
e-
Entrée non inverseuse
Entrée inverseuse
Symbole normalisé d'amplification Valeur de
l'Amplification différentielle
Sortie non inverseuse
V
V
V
+
+ +
-
-
s
Ad x
e
e
+
e-
Amplification différentielle
e

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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.
La courbe présente le mode de fonctionnement circuit seul ou en
boucle ouverte ou en comparateur de tension :
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+, i- 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
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
VV
V
+--
s
e=
+Vsat
-Vsat
0
Pour les valeurs très faibles
de la ddp différentielle d'entrée
la saturation n'est pas encore atteinte
et il existe une zone linéaire dans laquell
e
il est impossible de travailler facilement.
V
V
V
+
+ +
-
-
s
Ad x e
i
+
i-
Résistance d'entrée
e
Ri

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Résistance de sortie : Ro
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.
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.
Schéma équivalent final
V
V
V
+
+
-
-
s
Ad x e
i
+
i-
Résistance de sortie
e
Ri
Ro