L'AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL (AOP)

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1 L'AMPLIFICATEU OPEATIONNEL (AOP). GENEALITES. epréentaton ymbolque La tenon e orte et en phae aec la tenon fférentelle entrée =.. Le trangle gnfe qu l agt un amplfcateur. Lorque l'aop et parfat, on fat ure le trangle u ymbole, non on préce on coeffcent amplfcaton réel. Le gne en orte et ouent om.. Polaraton cc cc Pour éter l'emplo e conenateur e laon entre étage, on polare l'aop aec eux ource e tenon généralement ymétrque, leur pont mleu étant relé à la mae u montage (l'aop ne poèe pa e borne e mae). L'abence e conenateur e laon autore l'amplfcaton e tenon contnue. S on ne poe pa 'almentaton ymétrque, on peut polarer l'aop aec un pont e rétance, ma l era alor néceare 'ajouter e conenateur e laon. A noter qu'l exte e AOP fonctonnant ou tenon 'almentaton unque, même fable, et préentant une fable tenon e échet en orte : le tenon 'entrée ne peuent être que pote. Afn éter l entrée en ocllaton un montage à AOP, l et néceare e écoupler le almentaton aec e conenateur. Généralement un conenateur e 00 nf entre chaque broche almentaton (le plu prè poble u crcut ntégré) et la mae conent.. Schéma équalent en bae fréquence A. La rétance fférentelle 'entrée are u mégaohm (entrée à trantor bpolare, type 74) à quelque 0 Ω (entrée à trantor à effet e champ (TEC), type 08). L'amplfcaton fférentelle en contnu (74 et 08) A o et e l'orre e 0 5, la rétance nterne, une centane 'ohm..4 AOP parfat Le coeffcent amplfcaton fférentelle étant trè gran et la tenon e orte étant nécearement fne (nféreure aux tenon almentaton u crcut), la tenon fférentelle entrée et trè fable. Exemple : Max = 4, A o = 0 5 Pour l AOP parfat on la conère nulle. onc Max = 40 µ. L ntenté u courant fférentel crculant an la rétance et onc également trè fable. Exemple : = MΩ onc : I Max = 40 pa : on le conère également nul En réumé, pour un AOP parfat : A AA OOPP... DDOOCC Page ur 9

2 . MONTAGES DE BASE. Montage ueur A. e e Schéma équalent.. Coeffcent amplfcaton en tenon à e : I e = / = A..I e = A.. / e = A.. / A = e = A. A... étance 'entrée e =.I e A..I e.i e onc : e = e /I e =.( A ) ; A. Ex : = MΩ A = 0 5 e = 0 Ω.. étance e orte Pour la calculer, nou courtcrcuton l'entrée et nou applquon en orte un générateur e tenon : ' A. I' = A. I' onc : = A aec = A onc : /A Exemple : = 00 Ω = mω..4 Utlaton u moèle e l AOP parfat En utlant le moèle éalé e l'amplfcateur : A e = = e I e = 0 e = e /I e Ce réultat étant peu fférent e ceux que nou aon troué par calcul rgoureux, nou utleron éorma ce approxmaton. AA OOPP... DDOOCC Page ur 9

3 . Amplfcateur non nereur e L'AOP étant parfat et fonctonnant en régme lnéare: e = = =. onc : A = / e = e /I e onc e. Amplfcateur nereur L'AOP étant parfat et fonctonnant en régme lnéare: = = 0 I = 0 I e étant l ntenté u courant entrée u montage : e =.I e =.I e onc : A = / e = e /I e = e. LIMITATIONS ET DEFAUTS DE L AMPLIFICATEU OPEATIONNEL. Tenon e écalage (offet oltage) eprenon le montage ueur, relon l entrée non nereue à la mae et meuron la tenon e orte contnue S : elle n et pa nulle (elle peut être pote ou négate). C et la tenon e écalage. Tout e pae onc comme à l'entrée e l'aop l extat E en ére aec l'une e eux entrée un générateur e tenon contnue e f.e.m. E. E et e l'orre u mllolt. a cc b Sur certan AOP le contructeur a préu la correcton e ce éfaut en ajoutant un potentomètre extéreur. Sur le 74 et 08 a et b correponent aux borne et 5. Pour un 74, P = 0 kω, pour un 08, P = 00 kω S l on réale un montage amplfcateur, la tenon e orte et égale au prout e la tenon e écalage par le coeffcent amplfcaton.. Courant e polaraton et e écalage S le éfaut précéent et corrgé et qu'on rele l entrée non nereue u montage ueur à la mae par l nterméare une rétance, on contate que la tenon e orte S n'et pa nulle et qu elle et autant plu éleée que la rétance et grane. Cec et û aux courant e polaraton e entrée (courant e bae e trantor bpolare): AA OOPP... DDOOCC Page ur 9

4 Dan le ca préent, l agt u courant e polaraton I crculant an qu et à l orgne une tenon =.I. Pour repréenter ce éfaut, on peut ajouter au chéma e l'amplfcateur parfat e générateur e courant I et I. On appelle ntenté u courant e polaraton (Input ba current) : I p = (I I )/ et u courant e écalage (Input offet current) : I = I I Pour reméer à ce éfaut, l'on conère que I << I p, on chora la rétance ue e l'entrée non nereue I I égale à la rétance ue e l'entrée nereue. Par exemple an le ca 'un amplfcateur nereur, on chora : = //. e Pour tenr compte u fat que I I, on remplace par un potentomètre que l'on règle pour annuler la tenon e orte. Dan le AOP à TEC, le courant e polaraton ont néglgeable (< 50 pa pour un 08) alor que pour un AOP à trantor bpolare (type 74), I p 00 na. Tenon e aturaton L'ampltue e la tenon e orte et lmtée par le ource e polaraton à une aleur légèrement nféreure à CC. at at at et e l'orre e à 4 lorque CC = 5 Il exte également e AOP «ral to ral» ont le tenon e orte peuent attenre le tenon almentaton..4 Lmtaton u courant e orte L'ntenté u courant e orte et lmtée e telle orte que l'on mnue l'mpéance e charge e l'amplfcateur, la tenon aux borne e cellec et écrêtée è que l'ntenté u courant épae la aleur maxmale préue par le contructeur I cc. AA OOPP... DDOOCC Page 4 ur 9

5 .5 Bane paante G Go 0B/ec 0 log f Le AOP compené en fréquence e comportent comme e fltre paeba u premer orre. Leur amplfcaton maxmale et grane (0 4 à 0 5 typquement) ma leur bane paante à B, fable (une zane e Hertz). On appelle facteur e mérte, le prout amplfcatonbane paante : c'et une contante pour un ytème u premer orre ; l aut au mon MHz pour le AOP le mon performant (type 74, et MHz pour un 08). Exemple : La bane paante 'un amplfcateur, réalé à partr 'un 08, éolue entre 00 khz et 0 khz lorque on coeffcent 'amplfcaton pae e 0 à 00. La bane paante era 'autant plu fable que le coeffcent 'amplfcaton et éleé..6 tee e balayage e la tenon e orte (Slew ate) S l'on applque à l'entrée 'un AOP un échelon e tenon, la tenon e orte ffère e la tenon 'entrée par on temp e montée. La pente u gnal e orte /t 'appelle le "Slew ate" (S) e l'aop. t t S mantenant, on applque à l entrée une tenon nuoïale, eux ca peuent e proure : la pente maxmale e la nuoïe et : nféreure au lew rate, auquel ca le gnal e orte n'et pa éformé. upéreure à S, an ce ca, le gnal e orte n'et plu nuoïal ma ten à eenr trangulare, e pente égale au lew rate. AA OOPP... DDOOCC Page 5 ur 9

6 t t Fréquence maxmale 'utlaton : Sot une tenon nuoïale = SMax.n(ωt) préente en orte e l'aop ; pour que cette tenon ne ot pa éformée, a pente maxmale (à l'orgne) ot être nféreure à S. /t = ω. SMax.co(0) = ω. SMax < S onc f < S/(π. SMax ) Orre e graneur : 0,5 /µ pour un 74 /µ pour un 08 Exemple : pour SMax = 0 et S = 0,5 /µ f < 8 khz Le lew rate e manfete 'autant plu que : l'ampltue u gnal e orte et grane la fréquence u gnal et éleée AA OOPP... DDOOCC Page 6 ur 9

7 4. APPLICATIONS DE L AOP 4. Sommateur nereur = S = : ( ) 4. Sommateur non nereur =. =. =.( ) onc : = omme ponérée e et ' '' Le courant entrée e l AOP étant nul : G. G. G. onc : = aec G = G G G / ' = ' ''. L AOP fonctonnant en régme lnéare : = et : '' G. G. G. = ' G G G On obtent une omme ponérée e tenon 'entrée ( ) G ( ) G ( ) = 0 ou ben G... = 0 S G = G = G = G : = ''. ' AA OOPP... DDOOCC Page 7 ur 9

8 4. Amplfcateur e fférence 4 Le montage fonctonnant en régme lnéare on peut applquer le théorème e uperpoton : = 0 le montage équalent et un amplfcateur non nereur e coeffcent amplfcaton en tenon : ' 4 ' = aec = onc = = 0 le montage équalent et un amplfcateur nereur e coeffcent amplfcaton en tenon : " " = onc = Par uperpoton e eux état précéent on obtent : ' " = = 4 4 Pour que ot proportonnelle à la tenon, l faut que : 4 = ot 4 = =.. ou ben 4 Pratquement on utle ouent une rétance ajutable pour obtenr cette égalté : = ( ) 4.4 Dérateur onc à (t) era aocé = jcω. e ou ben l'on écrt que : e e Z = = Z. Y = jcω Z C =. = C. e /t onc : = C. e /t S la tenon 'entrée et nuoïale : e = em.n(ωt) e /t = em.ω.co(ωt) = em.ω.n(ωt π/) à e /t on aoce le nombre complexe jω. e ou Z et l mpéance 'entrée et Z, l mpéance e contre réacton Ce montage ne onne pa plenement atfacton (or exercce ur le érateur actf an le chapître conacré à la réacton). On amélore a répone en ajoutant en ére aec le conenateur C une rétance << 4 AA OOPP... DDOOCC Page 8 ur 9

9 La foncton e tranfert eent : T = aec Z' = onc : Z' jc ω T = ' j' Cω Pour retrouer la même foncton e tranfert que précéemment, l faut que 'Cω << ; ce n'et onc que pour e fréquence trè nféreure à /(π'c) que le montage e comportera en érateur. 4.5 Intégrateur C e e =. = C. /t onc e = C. /t = C t e. S la tenon 'entrée et nuoïale, on obtent : e = jcω Ce montage ne fonctonne pa parfatement à caue e courant e polaraton et e la tenon e écalage préent à l'entrée (or exercce portant ur l ntégrateur actf réel), la tenon e orte éoluant er la aturaton pote ou négate. Pour reméer à ce éfaut, on monte en parallèle ur le conenateur C une rétance ' >>. La foncton e tranfert eent : T =.Y' aec Y' = jcω ' onc : T ' = j' Cω Pour retrouer la même foncton e tranfert que précéemment, l faut que 'Cω >> ; ce n'et onc que pour e fréquence trè upéreure à /(π'c) que le montage e comportera en ntégrateur. 4.6 Intégrateurérateur S l on combne le eux montage précéent, l on obtent un montage qu e comporte en érateur en bae fréquence et en ntégrateur en haute fréquence. C C e En régme nuoïal, on aura : e Z = = = Z Z. Y jc jc. ω ω = C j Cω C C ω AA OOPP... DDOOCC Page 9 ur 9

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