Module d Electronique 1 ère partie : Electronique analogique. Fabrice Sincère ; version

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Judith Gagnon
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1 Modle d Electroniqe 1 ère partie : Electroniqe analogiqe Fabrice Sincère ; version

2 Sommaire d chapitre 2 : L amplificater opérationnel Introdction : les circits intégrés 1- L amplificater opérationnel 1-1- Brochage 1-2- Symboles 1-3- Alimentation 2- Caractéristiqes électriqes 2-1- Corants d entrée 2-2- Tension différentielle d entrée 2-3- Caractéristiqe de transfert 2-4- Corant de sortie 2-5- éaction positive et contre-réaction 2

Caractéristiqes électriqes 2-1- Corants d entrée 2-2- Tension différentielle d entrée

3 Sommaire d chapitre 2 : L amplificater opérationnel 3- L amplificater opérationnel en régime linéaire 3-1- Montage amplificater de tension Introdction Montage «amplificater inverser» 3-2- Fonctions mathématiqes Montage «additionner non inverser» Montage «sostracter» 4- L amplificater opérationnel en régime de satration 4-1- Montage comparater simple 4-2- Montage «comparater à dex seils» o «trigger de Schmitt» o «comparater à hystérésis» 3

Montage «additionner non inverser» 3-2-2- Montage «sostracter» 4- L amplificater opérationnel en régime de satration

4 Chapitre 2 L amplificater opérationnel Introdction : les circits intégrés Un C.I. est n circit électroniqe miniatrisé, principalement constité de transistors : 1 er C.I. (Texas Instrments, Jack Kilby) 4

5 Loi de Moore «Le nombre de composants par circit intégré doble tos les dex ans.» 5

6 1- L Amplificater Opérationnel (A.O.) Il s agit d n C.I. analogiqe «mltifonctions». Exemple : µa741 (Texas Instrments) Il se présente sos la forme d n boîtier à 8 broches (DIL 8) : 6

7 1-1- Brochage L A.O. possède : dex entrées : ne sortie : broche IN (o e) : entrée «non inversese» broche IN- (o e-) : entrée «inversese» broche OUT (o s) dex broches d alimentation : broche Vcc : alimentation en tension contine positive broche Vcc- : ««négative 7

8 Schéma interne d µa741 1 mm² 8

9 1-2- Symboles symbole américain : symbole simplifié : symbole eropéen : V CC e e- - s V CC - Fig. 2c 9

10 1-3- Alimentation de l A.O. Un A.O. nécessite ne alimentation constitée de dex génératers de tension contine symétriqes : 10

11 2- Caractéristiqes électriqes 2-1- Corants d entrée i i- Fig. 4 - En pratiqe, les corants d entrée pevent être négligés : i 0 i

12 2-2- Tension différentielle d entrée : ε Définition : La tension différentielle d entrée est la différence de potentiels entre l entrée non inversese et l entrée inversese. ε = v - v- 12

13 2-3- Caractéristiqe de transfert : v S (ε) La tension de sortie dépend directement de la tension différentielle d entrée : - Fig. 6a v S ε On distinge trois zones : zone de linéarité : ε 0 V ; Vsat- < v S < Vsat zone de satration hate : ε > 0 V ; v S = Vsat ««basse : ε < 0 V ; v S = Vsat- emarqe : si Vcc± = ±15 V : Vsat± est de l ordre de ±14 V. 13

6a v S ε On distinge trois zones : zone de linéarité : ε 0 V ; Vsat- < v S < Vsat zone

14 2-4- Corant de sortie - i S Fig. 7 v S La sortie se comporte comme n générater de tension. i S max est faible : de l ordre de 25 ma por le µa741 14

15 2-5- éaction positive et contre-réaction Définitions : On dit q il y a réaction positive qand la sortie est reliée à l entrée non inversese. On dit q il y a contre-réaction (o réaction négative) qand la sortie est reliée à l entrée inversese. 15

16 Conséqences importantes : Une contre-réaction assre n fonctionnement linéaire de l A.O. : ε 0 V Exemple : montage «siver de tension» Loi des branches : S = E - ε L A.O. possède ne contreréaction ε 0 V Finalement : S = E Une réaction positive provoqe la satration de l A.O. 16

17 3- L A.O. en régime linéaire L A.O. doit avoir ne contre-réaction (condition nécessaire mais pas tojors sffisante). On sait q en régime linéaire : ε 0 V 3-1- Montage amplificater de tension Introdction Par définition, l amplification en tension est : A v = tension de sortie tension d'entrée 17

18 Par définition, le gain en tension est : G v =20 log 10 A v (en décibels db) Tablea 1 Amplification A v Gain G v (db) Atténation (db) 0-0, , /

A v Gain G v (db) Atténation (db) 0-0,1-20 20

19 Montage «amplificater inverser» A.O. µa741 Vcc± = ±15 V 1 = 4,7 kω 2 = 100 kω Cherchons la relation entre la tension d entrée et la tension de sortie : (1) ε = v - v- = 0 (en régime linéaire) (2) v = 0 (entrée non inversese reliée à la masse) (3) Appliqons le théorème de Millman à l entrée inversese : v = 1 E S

entrée et la tension de sortie : (1) ε = v - v- = 0 (en régime linéaire) (2) v = 0

20 v = 0 A V = E S = 1 S E 2 0 = Caractéristiqe de transfert S ( E ) 2 1 A.N. A G V V = 100 4,7 = 26,6 db = 21,3 20

21 fonctionnement en régime linéaire : S est proportionnelle à E : A V = -12,62 / 0,6063 = -20,8 fonctionnement en satration : nivea d entrée trop important : la sortie satre 21

22 3-2- Fonctions mathématiqes Montage «additionner non inverser» (1) ε = v - v- = 0 (régime linéaire) (2) Appliqons le théorème de Millman à l entrée e: E1 1 1 E2 2 E1 E2 v = = (3) Appliqons la formle d diviser de tension à l entrée e- : v = S = S 2 S = E1 E2 22

23 Montage «sostracter» v = E2 1 1 S = E2 2 S E1 v = E 1 = 2 En régime linéaire : v = v- S = E1 - E2 23

24 4- L A.O. en régime de satration L A.O. ne possède pas de contre-réaction. La sortie de l A.O. pet prendre dex états : Vsat si ε > 0 V o Vsat- si ε < 0 V 4-1- Montage comparater simple comparater simple «non inverser» A.O. µa741 Vcc± = ±15 V E ref = 5 V 24

25 Caractéristiqe de transfert S ( E ) Loi des branches : ε = E - E ref si E > E ref si E < E ref alors ε > 0 et S =Vsat alors ε < 0 et S =Vsat- Le nivea d entrée ( E = E ref ) qi provoqe le basclement de la sortie est appelé tension de seil. 25

26 Fig. 12c : Ce montage compare la tension d entrée à ne tension de référence (E ref ). L état de la sortie donne le résltat de la comparaison. 26

27 4-2- Montage «comparater à dex seils» o «trigger de Schmitt» o «comparater à hystérésis» Exemple d application : réglation de températre T > 20 C : on cope le chaffage T < 18 C : on met le chaffage 27

28 Trigger «non inverser symétriqe» A.O. µa741 Vcc± = ±15 V 1 = 10 kω 2 = 47 kω 28

29 Ce montage possède dex tensions de seil : U B et U H 29

30 Caractéristiqe de transfert S ( E ) si E > U H alors ε > 0 et S =Vsat si E < U B alors ε < 0 et S =Vsatsi U B < E < U H : phénomène d hystérésis 30

31 Calcl des tensions de seil A l instant d basclement de la sortie : ε = 0 V v = 0 Théorème de Millman : E S v = E = S si S = Vsat E = UH = Vsat 2 1 si S = Vsat E = UB = Vsat 2 10 A.N. UH ( 14) 3 V UB ( 14) 3 V 47 31

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