Le traitement analogique de l information : L essentiel sur les Amplificateurs Linéaires Intégrés

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1 Classe de TSTI2D 1/11 Le traitement analogique de l information : L essentiel sur les Amplificateurs Linéaires Intégrés Référence au programme : ETT : 3. Solutions technologiques ; 3.1 Structures matérielles et/ou logicielles ; Traitement de l information : Traitement analogique de l information : opérations élémentaires (addition, soustraction, multiplication, saturation) ETS : 2. Maquettage des solutions constructives ; 2.1 Conception fonctionnelle d un système local : Traitement d une information analogique Un Amplificateur Intégré Linéaire (ALI en abrégé, aussi appelé Amplificateur Opérationnel) réalise la fonction TRAITER de la chaîne d information : Le symbole d un ALI est le suivant: NB: Les ALI étudiés dans ce cours sont supposé parfaits. Circuit intégré LM741

2 Classe de TSTI2D 2/11 Polarisation d un ALI De manière générale un AIL est polarisé par une alimentation symétrique, mais dans certains cas, la DDP Vcc peut être nulle (alimentation non symétrique). Vcc Vcc Courants d entrée I et I Du fait de la constitution des ALI, les intensités des courants I et I ne dépassent pas quelques centaines de na. En conséquence, les courants I et I seront considérés comme négligeables par rapports aux autres courants du montage. I 0 I 0 Caractéristique de transfert et régimes de fonctionnement. La caractéristique de transfert d un ALI est la suivante: Ve Vs Ve

3 Classe de TSTI2D 3/11 Vcc Vs Vcc Ad Vcc Ad = Ve Ve Saturation Régime linéaire Vcc Saturation Vcc Vcc Si alors l AIL fonctionne en régime linéaire et on a la relation Ad Ad Vs Ad.( Ve Ve ) Ad.. Ad est appelé Coefficient d amplification. Sa valeur est très grande (>10 5 ). Cette propriété est symbolisée par le signe de la notation européenne. Ad étant très grand, l intervalle de fonctionnement en régime linéaire est très étroit (quelques dizaines de V). Vcc Si alors l AIL fonctionne en régime de saturation et on a Vs = Vcc. Ad Vcc Si alors l AIL fonctionne en régime de saturation et on a Vs = Vcc. Ad Remarque Importante: La ddp Vs ne peut dépasser la valeur fixée par les générateurs polarisant l ALI (Vcc, Vcc). Fonctionnement en régime linéaire Si la sortie est relié l entrée (on parle de ContreRéaction, de Rétroaction ou de Rebouclage) par l intermédiaire d un composant passif (par exemple un élément résistif) le montage est stable et on admettra que l ALI fonctionne en régime linéaire. R

4 Classe de TSTI2D 4/11 Du fait de la valeur très grande de Ad, Vd est donc très faible (quelques V). On admettra donc que Vd sera négligeable par rapport aux autres DDP du montage. Par conséquent, en régime linéaire on admettra que Ve = Ve. Les montages basés sur un ALI fonctionnant en régime linéaire réalisent la fonction Amplification. Ve AMPLIFICATION Vs = A.Ve (Avec A 1) Montage «Suiveur» : Montage «Amplificateur Inverseur» :

5 Classe de TSTI2D 5/11 Montage «Amplificateur NonInverseur» : Montage «Sommateur NonInverseur» :

6 Classe de TSTI2D 6/11 Montage «Sommateur Inverseur» : Montage «Soustracteur» :

7 Classe de TSTI2D 7/11 Fonctionnement en régime de saturation 1. Si la sortie est relié l entrée par l intermédiaire d un composant passif (par exemple une résistance) le montage est instable et on admettra que l ALI fonctionne en régime de saturation. Si Vd > 0 alors VS = Vcc Si Vd < 0 alors VS = Vcc R 2. Du fait de la très grande valeur de Ad, une valeur très faible de Vd entraine la saturation de l ALI. Il n est donc pas impératif d effectuer une réotraction sur l entrée. Si Vd > 0 alors VS = Vcc Si Vd < 0 alors VS = Vcc Les montages basés sur un ALI fonctionnant en régime de saturation réalisent la fonction Comparaison. Ve COMPARAISON Si Ve > Vseuil alors Vs = Vcc Si Ve < Vseuil alors Vs = Vcc S il existe une rétroaction sur l entrée et sur l entrée, une étude particulière est nécessaire afin de déterminer le régime de fonctionnement de l ALI.

8 Classe de TSTI2D 8/11 Montage «Comparateur NonInverseur à un seuil» : Montage «Comparateur Inverseur à un seuil» :

9 Classe de TSTI2D 9/11 Applications : Exercice N 1 : Soit le montage ci dessous ( fig1) dans lequel l'ail est parfait de tension de saturation 10V. R 1 =3.33 k et R 2 = 10k. 1. Quel est le régime de fonctionnement fonctionne l'ail? 2. Rappeler la relation liant Vs à Ve. En déduire l'amplification A de ce montage. 3. Tracer vs =f( ve ) pour ve variant de 5 à 5 ( fig 2). 4. Tracer vs(t) pour le les 2 tension sinusoïdales ci dessous (fig3 et 4).

10 Classe de TSTI2D 10/11 Exercice N 2 : Soit le montage présenté ci dessous. On donne R 1 =1 k et R 2 = 7k. 1. Quel est le régime de fonctionnement fonctionne l'ail? 2. Rappeler la relation liant Vs à Ve. En déduire l'amplification A de ce montage. 3. Le graphique N 1 donne la caractéristique VS=f(VE) : donner la valeur maximale de la DDp VS. 4. A pour chaque graphique cidessous, déterminer l amplitude de la DDP VE. 5. Tracer sur les graphiques 2 et 3 la DDP VS.

11 Classe de TSTI2D 11/11 Exercice N 3 : Un montage électronique est constitué de 2 étages à amplificateurs opérationnels supposé parfaits de tension de saturation de sortie Vsat =10V. R2 R3 R4 v1 v2 R1 R3 vs1 vs Etage n 1 Etage n 2 Quel est le régime de fonctionnement des ALI?. Justifier votre réponse. Etude de l étage 1: Quelle structure reconnaissezvous? En déduire l expression de vs1 en fonction de v2, R 1 et R 2. On donne R 1 =R 2 =10 k : Exprimer vs 1 en fonction de v2. Etude de l étage 2 : Quelle structure reconnaissezvous? En déduire l expression de vs en fonction de v1, vs1, R 3 et R 4. On donne R 3 =10 k, R 4 =100k: Exprimer vs en fonction de vs1 et v1. Etude de l ensemble : Exprimer vs en fonction de v1 et v2. Vérifier que vs =A (v 2 v 1 ). Préciser la valeur de A. Applications numériques : v1=0,5v, v2 =1V, calculer la tension de sortie.