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Amplificateur opérationnel I. Structure idéale II. Montages linéaires III. Structure non idéale et comportement en fréqu

Amplificateur opérationnel I. Structure idéale II. Montages linéaires III. Structure non idéale et comportement en fréquence. C. Koeniguer, P. Lecoeur. Objectifs :. Introduire la notion d’amplification L’amplificateur opérationnel : structure idéale

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  1. Amplificateur opérationnelI. Structure idéaleII. Montages linéairesIII. Structure non idéale et comportement en fréquence C. Koeniguer, P. Lecoeur Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  2. Objectifs : • Introduire la notion d’amplification • L’amplificateur opérationnel : structure idéale • Importance des impédances d’entrée et de sortie • Introduire les notions de gains en puissance et en tension • Etablir les fonctions de transfert des structures de base • Etablir et tracer les diagrammes de Bode en gain et en phase Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  3. +Valim + e - VS -Valim I. L’amplificateur opérationnel : structure idéale C’est un amplificateur en tension : VS=Ae= A(V+-V-) Fonction réalisée : A: gain en tension infini dans le cas idéal Caractéristique de la fonction de transfert : VS e Pente infinie • structure d’amplification à deux entrées et une sortie • l’énergie nécessaire pour amplifier est apportée par une alimentation DC externe qui peut-être : • une alimentation symétrique : Valim = +Valim = -Valim • une alimentation positive : Valim = +Valim et –Valim = 0 • En général : (Vsat = -Valim + Tdéchet) < Vs < (Vsat = +Valim – Tdéche) avec (Tdéchet = 0,6 V) • il existe des ampli-opérationnels « rail to rail » pour lesquels : -Valim < Vs < +Valim Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  4. I. L’amplificateur opérationnel : structure idéale + - Impédance d’entré et impédance de sortie Re R0 Ri RL vL ve vS Avi Source Amplificateur Charge Conclusion si Ri =  et R0= 0 : En entrée (on a un diviseur de tension) : Pour avoir vi = ve il faut Ri >> Redonc idéalement Ri =>  En sortie (on a un diviseur de tension) : Pour avoir vL = Aviil faut idéalement R0~ 0 Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  5. I. L’amplificateur opérationnel : structure idéale 8 mm 12 mm -Vin A Vout +Vin Le premier amplificateur opérationnel : le K2-W Extrait du cours du Prof. Greg Kovacs, Stanford University Boîtier DIP 8 1966 – Le LM 741 de Fairchild Semiconductor Beaucoup plus récent, le TL081 Amplificateur BiFET Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  6. I. L’amplificateur opérationnel : structure idéale Seule, cette structure est peu intéressante (excepté pour le fonctionnement en comparateur) puisque : - si e > 0 alors VS = Vsat - si e < 0 alors VS = -Vsat Mais, si on prélève une partie du signal de sortie pour l’injecter : Sur la borne (-) on obtient : Sur la borne (+) on a alors : • Un fonctionnement linéaire • montage avec contre réaction Un fonctionnement non linéaire - montage avec réaction positive Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  7. I. L’amplificateur opérationnel : structure idéale R2 R1 - e + vS ve vsat pente : -1/k e -vsat Fonctionnement en régime linéaire : Montage avec contre réaction Mise en équation : • V+=Ve • Millman : e =V+-V-= ve - kvs droite de pente –1/k Représentation graphique : vS Discussion : Un point de fonctionnement : e= 0 donc V+ = V- Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  8. I. L’amplificateur opérationnel : structure idéale R2 R1 + e - vS ve A +vsat pente : +1/k e B -vsat Fonctionnement non linéaire : montage avec réaction positive Mise en équation : • V-=Ve • On a diviseur de tension en V+ : e =V+-V-= kvs - ve droite de pente 1/k Représentation graphique : vS Discussion : Ve/k n’est pas un point de fonctionnement stable : e > 0 conduit à VS = +Vsat e < 0 conduit à VS = -Vsat Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  9. II. L’amplificateur opérationnel : montages linéaires R2 R2 R1 ie ib - R1 ve - + ib vS e + vS - ve ie e + vS ve Montage non inverseur : Montage inverseur : • fonction de transfert • Impédance d’entrée : • Impédance de sortie infinie • fonction de transfert • Impédance d’entrée : car ie=>0 • Impédance de sortie : Montage suiveur : Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  10. II. L’amplificateur opérationnel : montages linéaires R R1 R1 ve1 ve1 - - ve2 ve2 + + vS R2 vS … R2 R3 vei Ri Montage sommateurs : Soustracteur différentiel : Additionneur inverseur : R En utilisant le théorème de superposition : D’où : Chaque voie d’entrée possède une impédance propre L’impédance de sortie est nulle : Impédance de sortie nulle Impédance d’entrée : Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  11. II. L’amplificateur opérationnel : montages linéaires R1 RL iS R - - ie + + vS ve vS Application : R AN : ie = 10uA R=1MW VS = 10 V - ie + vS Photodiode Convertisseur courant-tension : Source de courant : V+=V-=Ve iS=Ve/R V+=V-=0 VS=-R1ie • Impédance d’entrée infinie • Impédance de sortie infinie : • is est indépendante de la charge • RL est flottante : aucune référence à un potentiel fixe : elle correspond à la charge Impédances d’entrée et de sortie : nulles Application : Commande de l’intensité traversant une ampoule ou d’une DEL Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  12. III. L’amplificateur opérationnel : comportement en fréquence 20 log (Vs/Ve) 20 log (AV) pente –20 dB/dec log w 0 wc Avertissement : Pour comprendre le fonctionnement en fréquence d’un AOP Il faut abandonner le modèle parfait utilisé dans la première partie Par construction le comportement en fréquence de l’AOP est de type passe-bas avec : - une fréquence de coupure ( wc) de l’ordre de 10 Hz - un gain en tension Avimportant (et non plus infini) de l’ordre de 105 Ce qui conduit au diagramme de Bode en gain : Cette fonction de transfert s’écrit : Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  13. III. L’amplificateur opérationnel : comportement en fréquence R2 R1 - ib e + vS ve ie Comportement en fréquence du montage non inverseur (1/2) : • Mise en équation : Fonction de transfert : Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  14. III. L’amplificateur opérationnel : comportement en fréquence R2 R1 ie ib - ve 20 log (Vs/Ve) + vS 20 log (AV) 20 log (AV’) log w 0 wc wc’ Comportement en fréquence du montage non inverseur (1/2) : Diagramme de Bode obtenu : On constate que : le produit gain bande est constant puisque : Avwc = Av’wc’ Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  15. III. L’amplificateur opérationnel : comportement en fréquence i C R i - ve + vS 20 log (Vs/Ve) Montage intégrateur ou passe-bas (1/2) : 20 log (AV) 0 dB log w wc 1/RC Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  16. III. L’amplificateur opérationnel : comportement en fréquence 20 log (Vs/Ve) R1 20 log (AV) C R i i - 20 log (R1/R) ve + vS log w 0 1/RC 1/R1C Arg(Vs/Ve) p p/2 Intégrateur Inverseur log w 0 Montage intégrateur ou passe-bas (2/2) : => limitation du gain à basses fréquences Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  17. III. L’amplificateur opérationnel : comportement en fréquence i R 20 log (Vs/Ve) C i 20 log (AV) - ve + vS log w 0 1/RC Montage dérivateur ou passe-haut (1/2) : Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

  18. III. L’amplificateur opérationnel : comportement en fréquence 20 log (Vs/Ve) R i 20 log (AV) C R1 i - ve + vS 20 log (R/R1) log w 1/R1C 1/RC Montage dérivateur ou passe-haut (2/2) : => limitation du gain à hautes fréquences Cours électronique IFIPS Année 2006 - 2007

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