Amplificateurs Opérationnels

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1 Amplificateurs Opératinnels Intrductin Amplificateur pératinnel idéal Circuits de base à ampli p Autres circuits Amplificateur pératinnel réel Chix des cmpsants Effet de la rétractin sur l ampli p Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 () Intrductin Amplificateur Opératinnel (Ampli p u Op amps): Un des élements le plus utilisé en électrnique éalisatin en circuits intégrés (integrated circuits: ICs) Suvent DIL u SMT Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 ()

2 Cmpsants Un seul élément peut cntenir plusieurs ampli ps Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (3) Amplificateur Opératinnel Idéal Dans le cas idéal un ampli p est mdélisé cmme un amplificateur de tensin idéal: A, i and 0 L ampli-p idéal est suvent utilisé pur analyser le fnctinnement du circuit supply i _ A v i - - supply Circuit équivalent d un ampli p idéal Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (4)

3 Caractéristique de transfert de l ampli p en bucle uverte Amplificatin très grande ( ) pente de f(i) i emarque : L ampli p peut remplir en bucle uverte la fnctin de cmparateur : Si de - de qqs. m, la srtie est saturée u -. Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (5) Circuits de base avec amplificateur pératinnel Amplificateurs: nn-inverseur inverseur Nus puvns utiliser le principe de rétractin négative pur analyser le circuit Cependant, l analyse est plus simple en suppsant que l ampli p est idéal Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (6)

4 Amplificateur nn-inverseur Analyse Le gain de l ampli p est infinie, si est finie alrs: I 0 I i La résistance d entrée de l AO (ampli p) est, le curant d entrée est dnc nul, par cnséquent: i G i Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (7) Exemple Exemple 8. du livre Cncevir un amplificateur nn-inverseur de gain 5 G i 5 On peut chisir par exemple kω et 4 kω 5 4 Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (8)

5 Amplificateur inverseur Analyse Le gain de l ampli-p est infinie, si est finie alrs: - 0 La résistance d entrée de l AO est, le curant d entrée est dnc nul, par cnséquent: I I I 0 0 i i i G i I i - est gardée à 0: elle est cnsidérée cmme la terre virtuelle I I - 0 I 0 Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (9) Exemple Exemple 8. du livre Cncevir un amplificateur inverseur de gain -5 G i 5 5 On peut chisir par exemple kω et 5 kω Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (0)

6 Autres circuits: Suiveur de tensin Un amplificateur de gain Analyse Il s agit d un cas particulier de l amplificaeur nn-inverseur avec 0 et dnc 0 G le gain du circuit est égal à Avantage: ésistance d entrée très élevée ésistance de srtie très faibe Utilisé cmme suiveur (buffer) pur ne pas tirer du curant de la surce Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 () Cnvertisseur de curant-tensin I i Avantage: Le curant de la surce n est pas mdifié Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 ()

7 Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (3) Amplificateur de différence Sustracteur ) ( I I - 0 I ( ) ( ) ) ( ) ( ) ( Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (4) Smmateur inverseur ) ( I I I

8 Cmparateur Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (5) Exemple: Neurne, un smmateur et un cmparateur Seuil Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (6)

9 Amplificateur pératinnel réel supply i - _ - supply Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (7) Ampli p réel: caractéristiques de transfert 5 0 limit supply limit i - limit Plage de fnctinnement linéaire limit supply ± A v.0 5 Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (8)

10 Exemple: AO 74 Gain de tensin 00 à 40 db (0 5 à0 7 ) en général. On peut avir des gains plus élevés: 60 db (0 8 ) Pur AO 74: 06 db ( 0 5 ) ésistance d entrée pur AO 74: MΩ (typique) Nus truvns facilement des AO avec i 0 Ω ésistance de srtie Pur AO 74: 75 Ω (typique) Suvent la valeur de curant de srtie est furnie. Pur AO 74: 0 ma Tensin d alimentatin 5 et 5, 5 et 5, 3 et 3, etc AO 74 accepte de: ±5 à ±8 Certains AO mntent jusqu à ±30 Certains d autre: ±.5, u une alimentatin uniplaire: 4 à 30 Tensin de srtie Limitée par la tensin d alimentatin: pur AO 74, avec une alimentatin ±5, la tensin maximum de srtie est ±3 Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (9) Exemple : AO 74 épnse fréquentielle La fréquence de cupure est de quelques Hz La largeur de bande à gain unité est suvent utilisée pur la largeur de bande Exemple: AO 74 Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (0)

11 Exemple: LF55 de Natinal Semicnducteur ésistance d entrée: 0 Ω Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 () Chix des cmpsants Pur être prche de l AO idéal, il faut: gain du circuit << gain de l AO ésistances du circuit<< la résistance d entrée de l AO ésistance du circuit >> résistance de srtie de l AO Généralement les résistances du circuit varient de kω 00 kω Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 ()

12 Les effets de la rétractin dans les circuits AO Effet sur le Gain La rétractin négative diminue le gain de A à A/( AB) En retur, nus avns un gain fixé et stable La cnditin A >> /B dit être vraie G X X i A AB Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (3) Les effets de la rétractin dans les circuits AO Effet sur la largeur de bande (Bandwith: BW) gain largeur de bande cnstant La largeur de bande est augmentée de ( AB) Exemple AO 74 gain bandwidth 0 6 pur gain 000 BW 000 Hz pur gain 00 BW 0000 Hz Effet sur la résistance d entrée/srtie Pur une rétractin en tensin: la résistance d entrée est multipliée par ( AB) La résistance de srtie est divisée par ( AB) Exemple: Un AO de gain 0 5 est utilisé pur faire un amplificateur de gain 00: A 0 5 B /G 0.0 ( AB) ( 000) 000 Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (4)

13 Exemple Exemple 8.4 du livre Déterminer la résistance d entrée et de srtie du circuit en suppsant que l AO utilisé est le 74 Gain bucle uverte (A) du 74 est 0 5 Gain bucle fermée (/B) est 0, B / ( AB) ( ) 0 4 ésistance de srtie du 74 (75 Ω) est divisée par mω ésistance d entrée du 74 ( MΩ) est multipliée par GΩ Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (5) emarque La résistance d entrée (srtie) augmente (diminue) si la rétractin applique une tensin à l entrée (srtie) Dans les autres cas (si la rétractin applique un curant à l entrée u à la srtie) la résistance d entrée (srtie) diminue (augmente). Exemple 8.5 du livre déterminer les résistances d entrée et de srtie du circuit cidessus en suppsant que l ampli p est un AO 74 ( AB) ( ) 0 4 La rétractin mesure une tensin dnc réduit la résistance de srtie de AO (75Ω) de mω La rétractin diminue un curant à l entrée. Dans ce cas l entrée vit reliée à la terre virtuelle, la résistance d entrée est dnc kω Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (6)

14 Key Pints Ampli p est parmi les cmpsanrs les plus utilisés Un AO idéal a un gain infini, une i infinie et une nulle Pur calculer le gain d un circuit à AO nus suppsns suvent que l AO est idéal On peut amélirer les perfrmances d un AO en utilisant un circuit de rétractin Les caractéristiques des AO snt dnnées par le fabricant sus frme de data sheet Il existe une variété de circuits à AO Systèmes Électriques et électrnique Chapitre 8 (7)