Montage Utilisant L`amplificateur opérationnel en régime linéaire.

Montage N°25
Montage Utilisant L’amplificateur opérationnel en régime linéaire.
I Introduction
L’Amplificateur Opérationnel (ou AO), commercialisé par de nombreux constructeurs est d’un emploi très
courant. Il s’agit d’un circuit intégré équivalent à un ensemble de composants discrets (une vingtaine de
transistors).
L’AO a besoin d’une alimentation  15 V et le point milieu de cette alimentation est la masse du montage.
Sur les huit bornes que possède L’AO, nous allons en exploiter trois.
l’entrée inverseuse:
el’entrée non inverseuse: e+
la sortie:
s
II Utilité d’une contre réaction
L’AO est un amplificateur différentiel de très grand gain. Il amplifie la différence entre les deux signaux d’entrée.
montage comparateur.
L’AO sature très vite. Le domaine de tension dans lequel il est “ exploitable ” est très petit. En effet son
amplification est de l’ordre de 105 et comme la tension de sortie ne peut dépasser les tensions d’alimentation, il
ne faut pas une différence entre les deux tensions d’entrée supérieure à 15 / 10 5 .
Dans ce montage l’AO est en régime linéaire si la tension différentiel est inférieure à 15 / 10 5
manipulation:
sur l’entrée - , une tension sinusoïdale. l’entrée + reliée à la masse.
On visualise à l’oscilloscope le signal sinusoïdal et le signal de sortie.
Mise en évidence de la saturation.
On peut donner un ordre de grandeur des tensions de saturations.
Si on se place en X-Y, on peut observer la caractéristique de L’AO et déterminer son amplification.
On a donc besoin d’une contre réaction. C’est à dire que l’on prélève une partie des signaux de sortie pour les
injecter à l’entrée par l’intermédiaire d’une chaîne de réaction. Elle va permettre de contrôler les imperfections
du circuit et d’abaisser le gain. La contre réaction permet d’être dans le régime linéaire sur un grand domaine de
tension.
Nous allons maintenant voir quelques montages avec l’AO. Il en existe beaucoup. On peut faire différents types
de contre réactions:
* courant - courant
* tension - tension
* tension - courant
* courant - tension
Une autre manière de différencier les différents circuit est de considérer leur dépendance vis à vis de la
fréquence.
III L’amplificateur inverseur
C’est un montage indépendant de la fréquence. On utilise une contre réaction tension - courant (la résistance R2).
La résistance R1 sert à convertir la tension d’entrée Ve en courant.
1) Etude du montage
Vs  
R2
Ve
R1
Le gain ne dépend que des valeurs des résistances, il ne dépend pas de la fréquence.
Ve  Vem cos( t )
on prend
Vem  1 V
et on se place à une fréquence f=500 Hz
on prend R1 = 1 k et R2 = 100  à 1 M 
Ve est une tension sinusoïdale. On visualise à l’oscilloscope les tensions Ve et Vs.
Elles ont même fréquence et elles sont en opposition de phase.
Mesure du gain: On mesure le gain du montage pour plusieurs R2
R2/R1
Gain=Vs/Ve
1/10
1
10
100
1000
On vérifie que le gain est bien égal au rapport des résistances.
Pour des gains trop grand, on a saturation. En fait avec nos valeurs quand on prend R2/R1= 100 alors Vs > 15
donc il y a saturation.
2) limite du régime linéaire.
a) limitation du gain.
Si Vs  Ve
R2
R1
> Vsat ; alors il y a saturation
On le vérifie avec Vem = 1V
On augmente la résistance R2 et on apparition de la saturation pour R2/R1 = 15
b) Limitation de la tension d’entrée.
De même pour un gain fixe (R2/R1=10) on a une saturation si Ve est trop grand.
Faire varier Ve jusqu’à atteindre la saturation. Ve = 1,5 V
c) limitation en fréquence
A grande fréquence l’AO n’a plus le temps de répondre au signal. et donc il déforme le signal qu’il reçoit.
Cette limitation s’appelle la vitesse de balayage, on parle souvent aussi de slew rate (c’est la traduction en
anglais). Par exemple si on prend un signal carré, alors il se triangularise.
Manipulation.
On utilise un signal sinusoïdal. On augmente la fréquence du signal d’entrée, jusqu’à ce que le signal de sortie se
triangularise. Quand le signal est totalement triangularisé, on note la fréquence à laquelle on se trouve 1.
On augmente encore la fréquence et on mesure la pente du signal de sortie.
Cette pente est de l’ordre de 5 à 10 V / ms
Cette pente est la vitesse de balayage de l’AO. Elle est noté 
On peut déterminer l’ordre de grandeur de la fréquence 1 en utilisant la formule suivante.
 1

Gain  Vem
Ve est donnée par le GBF. Le gain se détermine avec les résistances,  vient
d’être mesuré.
Attention: cette formule ne donne qu’une valeur approchée de 1. Pour faire ces mesures il ne faut pas être dans
une autre saturation. (vérifier le gain et Ve avant de mesurer ).
d) limitation en courant
Cette limitation est imposée par le constructeur.



avec isat  25mA
isat
 is  isat
C’est une limitation qui protège l’AO
On place en sortie de notre circuit, une résistance variable. On montre que si la résistance diminue le courant
sature en sortie.. Visualisation de la tension aux bornes de la résistance à l’oscilloscope.
Il est donc nécessaire d’avoir en sortie de L’AO un résistance suffisante afin que le courant soit petit en sortie.
IV L’Amplificateur Opérationnel en tant qu’opérateur.
Le circuit intégré a pour qualificatif. opérationnel, car son utilisation première fut dans les calculateurs
analogiques. On s’en est servi pour effectuer des opérations mathématiques: addition, soustraction, intégration ...
1) Montage intégrateur.
Attention: après les montages précédent où on a tester les limites du régime linéaire, il faut vérifier que l’on est
loin de ses limites.
C’est un montage utilisant une contre réaction tension - courant. la résistance R1 permet d’intégrer des tensions.
(si elle n’était pas là on aurait une tension de sortie proportionnelle à l’intégrale du courant d’entrée)
Le gain et le déphasage dépendent de la fréquence.
Visualisation de la tension d’entrée et de sortie. On prend une tension d’entrée carrée et on vérifie que celle de
sortie est bien triangulaire, c’est sa dérivé. (la pente est égale à la constante)
Néanmoins on voit des défauts sur Vs.
Pour corriger ces défauts on va ajouter en parallèle avec C une résistance R2.
2) Filtre actif passe bas fonctionnant en intégrateur.
montage:
on prend R2= 10  ; C=1 F
et R1 tel que 0,1  R1C < 10
remarque: En continue, le condensateur est un coupe circuit, donc en continue on retombe sur le montage
amplificateur inverseur vu précédemment..

c
1

R2C
R2
G
R1
  
1 

 c
2
étude du circuit.
Dans la préparation on a tracé le diagramme de Bode du montage. Durant la présentation on prend quelque point
et on trace la courbe. Ce qui nous intéresse c’est sa forme. On a pas besoin d’une précision extraordinaire.
Diagramme de Bode. GdB = f () .
On utilise du papier semi log
le circuit est intégrateur sur la pente de -20 dB.
On se placera donc en général suffisamment loin de c afin d’avoir un bon intégrateur.
Conclusion:
L’utilisation de l’AO est très fréquente. Son faible coût et son utilité en fond un composant très employé.
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Remarque:
L’AO est composé de différents étages de montage de transistor en émetteur commun.
Le transistor est limité par Vcc, donc la tension de sortie de l’AO est limité par ses tensions d’alimentation.
Bibliographie
initiation à L’AO;
Electronique. Concepts de Base,
A. Dumas, ELLIPSE
F. Dattée, EYROLLES