GPA667

1. GPA667 CONCEPTION ET SIMULATION DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES AMPLIFICATEURS OPÉRATIONNELS

2. CIRCUITS COMPOSÉS • Sources de courant • Source de courant (Miroir) • Amplificateur différentiel • Amplificateur opérationnel AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

3. SOURCES DE COURANT Transistors FET I = IDSS AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

4. SOURCES MIROIRS Transistors BJT +vcc AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

5. SOURCES MIROIRS Transistors BJT +vcc AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

6. AMPLI. OPÉRATIONNELS • Ampli. Op. : Définitions •  I au noeuds d’entrée = 0 • Masse virtuelle • Paramètres C.C : VIO, IIB, IIO, • Paramètres C.A : AD, AC, CMRR, GBW, SR AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

7. AMPLI-OPÉRATIONNEL AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

8. AMPLI-OPÉRATIONNEL • Entrées : Vi1, Vi2 • Entrée en mode différentiel, Vd • Entrée en mode commun, Vc • Tension de sortie, Vo • Ad : gain différentiel, • Ac : gain mode commun AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

9. AMPLI-OPÉRATIONNEL • CMRR = Ad/Ac • CMRR (dB) = 20 log Ad/Ac • Le CMRR est très élevé ( 90 dB) • Le courant qui entre dans chacune des entrées est négligeable ( 0) • Le gain Ad est très grand (  200,000 ) AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

10. AMPLI-OPÉRATIONNEL Pour résoudre tous les circuits avec AMPLI-OP en mode linéaire, il faut retenir 2 règles qui découlent des caractéristiques de l’ampli-op. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

11. AMPLI-OPÉRATIONNEL Règle 1 ( I+ = I-  0 ) La somme des courant aux nœuds d’entrée ( + et - ) = 0 Règle 2 ( Ad très grand et Vo   ) La différence entre les deux tensions d’entrée, V+ et V- est très faible. On a pratiquement V+  V-. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

12. V1 V- AMPLI-OPÉRATIONNEL La règle 2 permet d’introduire la notion de masse virtuelle. Quand l’entrée V+ est à la masse ( 0V ), on a V-  0 V. On dit que V- se comporte comme une masse virtuelle. V- n’est pas à la masse mais sa tension est presque OV. Si Ad = 20,000 et V1 = 1V alors Vi = 0.5 mV. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

13. CIRCUITS DE BASE • INVERSEUR • NON INVERSEUR • SUIVEUR • SOMMATEUR • INTÉGRATEUR • DÉRIVATEUR Vous avez déjà vu ces circuits de base en GPA325 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

14. PARAMÈTRES C.C. Tension de décalage à l’entrée VIO Courant de polarisation à l’entrée IIB Courant de décalage à l’entrée IIO Tension de décalage à la sortie VO(offset) VO(offset) = VO(offset VIO) + VO(offset IIO) AMPLI-OP PRATIQUE AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

15. AMPLI-OP PRATIQUE VO(offset VIO) : Tension de décalage à la sortie due à VIO AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

16. AMPLI-OP PRATIQUE IIB : Courant de polarisation à l’entrée AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

17. RC = R1 Rf AMPLI-OP PRATIQUE VO(offset IIO) : Tension de décalage à la sortie due à IIO AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

18. PARAMÈTRES C.A. ou DYNAMIQUE Produit Gain-Largeur de bande ou « Gain BandWidth Product » GBW Taux de montée, Slew Rate (SR) AMPLI-OP PRATIQUE AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

19. PRODUITGAIN-LARGEUR DE BANDE AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

20. À basse fréquence, le gain de l’ampli-op est AVD jusqu’à la fréquence de coupure fC. La fréquence f1 est la fréquence pour laquelle AVD = 1 À partir de fC, le gain AVD diminue avec une pente de 20 dBdécade ou 6 dB  octave. On a une décade entre f1 et f2 si f2 = 10 f1. On a un octave entre f1 et f2 si f2 = 2 f1. Le produit fC x AVD = f1 x 1 = constante et s’appele : Produit Gain x Largeur de bande ou « Gain Bandwith Product » PRODUITGAIN-LARGEUR DE BANDE AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

21. Un ampli-op pratique possède une limite supérieure quant au taux de variation de sa tension de sortie en V/uS. Cette limite supérieure s’appelle le SR de l’ampli-op. Taux de montée SR« SLEW-RATE » AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

22. Si le signal de sortie est élevé, la fréquence maximale qui peut être amplifiée sans distorsion sera plus basse. Par contre, si le signal de sortie est faible, la fréquence maximale qui pourra être amplifiée sans distorsion sera plus élevée. Taux de montée SR« SLEW-RATE » AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

23. Si le signal est sinusoïdal et d’amplitude K, la fréquence maximale f ou la fréquence angulaire  dépendra du SR selon : Taux de montée SR« SLEW-RATE » AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

24. AMPLI-OP uA741 ou équiv. CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

25. AMPLI-OP uA741 ou équiv. NOTICE TECHNIQUE AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

26. AMPLI. DIFFÉRENTIEL R4 R2 R1 R3 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

27. R R V2 R V1 R AMPLI. DIFFÉRENTIEL Si les résistances sont égales, Vo = V1 – V2 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

28. AMPLI. DIFFÉRENTIEL En pratique, il est difficile d’avoir 4 résistances égales ou du moins avec des rapports (R1 : R3) et (R2 : R4) égaux. De plus l’impédance d’entrée est limitée par la valeur des résistances qui ne peut pas être très grande. En pratique, on peut difficilement avoir des résistances supérieures à 1 M sans produire une tension de décalage à la sortie. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

29. AMPLI. NON INVERSEUR Pour augmenter l’impédance d’entrée, on choisit la connexion non inverseur. On a le cas particulier d’un ampli. suiveur lorsque Rf = 0 et R1 = . L’impédance est élevée parce que le courant d’entrée est de l’ordre de grandeur du courant de polarisation soit quelques nA. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

30. AMPLI. SUIVEUR Vo/V1 = 1. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

31. AMPLI. INSTRUMENTATION En combinant deux ampli. non inverseur à haute impédance d’entrée, on peut obtenir deux entrées et deux sorties différentielles. Par la suite, on transforme le signal de sortie différentiel en un signal unipolaire par rapport à la masse en utilisant un ampli. Différentiel. L’ensemble produit ce que l’on appelle un ampli. d’instrumentation. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

32. AMPLI. INSTRUMENTATION AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

33. AMPLI. INSTRUMENTATION On peut réaliser un ampli. d’instrumentation avec des composants discrets mais pour plus de précision, les composants sont intégrés. Il est alors facile d’obtenir des résistances R d’égales valeurs. La résistance RP se situe habituellement à l’extérieur du boîtier et elle permet de fixer le gain de l’ampli. À la valeur désirée. AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS

34. Millivoltmètre C.C. Conversion TENSION - COURANT AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS