L’amplificateur opérationnel
1. Notion d’amplification……….…2
2. L’amplificateur Linéaire Intègre………...2
2.1. L’amplificateur idéal...…...…...3
2.2. L’amplificateur réel...…………...…….3
3. Symboles………..………..3
4. Alimentation des A.L.I.………..………..3
5. Caractéristique de transfert .……….4
6. Mode de fonctionnement.………..……….4
7. Montage Linéaire…………..……….5
7.1. Montage en amplificateur non-inverseur..…...5
7.2. Montage en amplificateur inverseur...…...6
7.3. Montage en amplificateur suiveur ...…...7
7.4. Montage additionneur inverseur……….8
7.5. Montage en soustracteur……….9
8. Montage Non Linéaire…………...………..10
8.1 Montage comparateur a 1 seuil...10
8.1.1. Comparateur à un seuil non inverseur...10
8.1.2. Comparateur à un seuil inverseur………10
8.2. Comparateur à hystérésis ...………..…...11
8.3. Montage Astable……….12
Objectif : Appréhender les connaissances sur l’A.O.P Connaître son fonctionnement
Reconnaître un montage linéaire d’un montage non-lineaire Savoir mettre en œuvre les différents montages
Savoir calculer les fonctions de transfert des différents montages
1. Notion d’amplification :
On appelle amplificateur tout montage qui délivre à sa sortie un signal de même nature et de même fréquence que le signal appliqué à son entrée et dont l’amplitude et la phase peuvent être différentes.
2. L’Amplificateur Linéaire Intégré :
Un amplificateur linéaire intégré ( A.L.I ) est constitué d’un ensemble de composants électroniques ( Transistors ), connectés les uns aux autres dans un même boîtier.
Il est aussi appelé Amplificateur Opérationnel ( A.O.P ) car ses premières applications ont été la réalisation d’opérations mathématiques.
Aujourd’hui, les domaines d’applications des amplificateurs linéaires intégrés sont étendus à tous les domaines de l’électronique.
L’amplificateur opérationnel
Ve Signal d’entrée
Amplifie la différence de potentiel
= Ve+ - Ve- Vs = A .
-
+ +
e-
e+
Ve+
Ve-
+ Alimentation continue
+ Alimentation continue
Sortie Entrées
Vs
- Alimentation continue
e+ : entrée non inverseuse.
e - : entrée inverseuse.
: Tension différentielle.
: Symbole de l’amplification.
: Infini Amplification
A
Vs = A. Ve Signal de sortie continue
N’a pas de courant d’entrées
A = Vs
Ve
2.1 L’amplificateur idéal.
2.2 L’amplificateur réel.
3. Symboles
Ancienne norme Nouvelle norme
+ -
+ V c c
- V c c E +
E -
S
+ -
+ V c c
- V c c E +
E -
S
signification des symboles : : circuit amplificateur
: coefficient amplification très grande 4. Alimentation des ALI :
L’A.L.I est un composant actif, il a donc besoin d’une alimentation continue externe.
- Alimentation externe symétrique Valim ( 15V, 5V, ... ) - Alimentation externe simple + Valim ( +15V, + 5V, ... )
Vs=A.
Zs Ze
Ve-
Ze = 109 => Ie 0 Zs = Quelques ohms.
A = 105 Ie
Ve+
V’s Vs=A.
Zs Ze
Ve- V’s
Ve+
Ze =
=>Ie = 0 Zs = 0
A =
Ie
5. Caractéristique de transfert Vs = f ( ).
6. Mode de fonctionnement :
MODE NON LINEAIRE
Condition de câblage :
Il n’existe pas de liaison électrique entre la sortie et l’entrée inverseurse e -.
On parle alors de boucle ouverte.
Mais il peut y avoir une liaison entre la sortie et l’entrée non inverseuse e+.
On parle alors de rétroaction positive.
Exemple :
Propriété :
Dans ces cas peut prendre toutes les valeurs : n’est pas négligeable devant les autres tensions.
0V
Si >0 alors Vs = +Valim.
Si <0 alors Vs = - Valim.
MODE LINEAIRE
Condition de câblage :
Il existe obligatoirement une liaison électrique entre la sortie et l’entrée inverseurse e -.
On parle alors de contre réaction négative ou de rétroaction négative.
Cette liaison peut-être un fil, une résistance, ...
Exemple :
Propriété :
Dans ces cas on considère pour effectuer les calculs que est négligeable devant les autres tensions.
= 0V
Vs = A .
( Avec = Ve+ - Ve- )
R1
R2
_ + +
_ + +
Vs
Saturation Linéaire Saturation +Valim
-Valim
7. Montage Linéaire :
7.1. Montage amplificateur non-inverseur
Exercice d’application : En sachant que : Vcc =12V
-Vcc = -12V R1 = 1KΩ R2 = 2KΩ 1. Déterminer Av = Vs / Ve 2. Ve = 3V Vs = ?
3. Ve = -5V Vs = ?
Pour avoir un fonctionnement en régime linéaire, la contre réaction se fait sur l’entrée inverseuse
En appliquant le diviseur de tension, déterminer Vs = f ( Ve )
Effectuez vos calculs ci-dessous
7.2. Montage amplificateur inverseur
Exercice d’application : En sachant que : Vcc = 12V
-Vcc = 0V R1 = 1KΩ R2 = 2KΩ 1. Determiner Av = Vs / Ve 2. Ve = 3V Vs = ?
3. Ve = -5V Vs = ?
Pour avoir un fonctionnement en régime linéaire, la contre réaction se fait sur l’entrée inverseuse
Après avoir indiqué les grandeurs électriques du montage , appliquez la loi d’ohm et déterminez Vs = f ( Ve )
Effectuez vos calculs ci-dessous
7.3. Montage suiveur
Exercice d’application : En sachant que : Vcc = 12V
-Vcc = -12V R1 = 1KΩ R2 = 2KΩ 1. Determiner Av = Vs / Ve 2. Ve = 3V Vs = ?
3. Ve = -5V Vs = ?
Ce montage en amplification suiveur peut aussi s’appeler amplificateur en courant ou adaptateur d’impédance (à gain unitaire)
Après avoir indiqué les grandeurs électriques du montage, déterminer Vs = f ( Ve )
Effectuez vos calculs ci-dessous
7.4. Montage additionneur inverseur
Ve1 Vs
Ve2 R1
3
2 1
4 11 +Vcc
-Vcc
R2
R1
Exercice d’application : En sachant que : Vcc = 12V
-Vcc = -12V R1 = 1KΩ R2 = 2KΩ
Ce montage va permettre d’additionner 2 tensions
Après avoir indiqué les grandeurs électriques du montage, appliquez la loi d’ohm et la loi des nœuds déterminez Vs = f ( Ve1 , Ve2 ) Effectuez vos calculs ci-dessous
2. Ve2= -8V Ve2 = -7V Vs = ?
7.5. Montage soustracteur ( amplificateur de différences )
Ve1 Ve2 Vs
R1
R2
3
2 1
4 11 +Vcc
-Vcc
R2
R1
Exercice d’application : En sachant que : Vcc = 12V
-Vcc = -12V R1 = 1KΩ R2 = 2KΩ
1. Ve1 = 3V Ve2 = -2V Vs = ? 2. Ve = -8V Ve2 = -7V Vs = ?
Ce montage va permettre de soustraire 2 tensions
Après avoir indiqué les grandeurs électriques du montage, appliquez la loi d’ohm et
déterminez
Vs = f ( Ve1 , Ve2 ) Effectuez vos calculs ci-dessous
8. Montage Non-Linéaire :
La sortie ne peut prendre que 2 états stables dépendant du signe de
= V+ - V-Si > 0 donc V+> V- alors Vs = +Vcc Si < 0 donc V+< V- alors Vs = -Vcc
8.1. Comparateur à 1 seuil(Sans réaction positive) 8.1.1 Comparateur non-inverseurr
Caractéristique de transfert Us = f ( Ue )
8.1.2 Comparateur inverseur
Caractéristique de transfert Us = f ( Ue )
Basculement :
Si Ue > Uréf alors Us = Si Ue < Uréf alors Us =
Basculement :
Si Ue < Uréf alors Us = Si Ue > Uréf alors Us =
8.2. Comparateur à hystérésis (Avec réaction positive)
Ce comparateur se nomme aussi comparateur à deux seuils, trigger de Schmitt, bascules de Schmitt
Us Ue
R1 R2
3
2 1
4 11 +Vcc
-Vcc
Caractéristique de transfert Us = f ( Ue ) Useuil
Ce montage va permettre de comparer la tension d’entrée par rapport à 2 seuils inverses (Grace au changement d’état de Vs )
En appliquant le diviseur de
tension et en sachant que Vs peut prendre 2 états, déterminer les 2 tensions de seuils : +Useuil
-Useuil Effectuez vos calculs ci-dessous :
2 . Montage Astable
Useuil Uc
Vs
R1 R2
3
2 1
4 11 +Vcc
-Vcc
C
R
Caractéristique de transfert Uc = f ( t ) et Us = f ( t )
Il découle du Trigger de Schmitt Ce montage comme son nom l’indique n’a pas d’état stable ; Sa sortie va passer inlassablement de +Vcc à -Vcc
En appliquant le diviseur de tension et en sachant que Vs peut prendre 2 états, déterminer les 2 tensions de seuils : +Useuil
-Useuil
Effectuez vos calculs ci-dessous :
