COURS AMPLIFICATEUR LINÉAIRE INTÉGRÉ. Ce cours traitera essentiellement les points suivants :

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1 Pag:1/13 Objctifs d cors : C cors traitra ssntillmnt ls points sivants : - symbols, rôl t caractéristiqs ds ALI - xmpl d brochag d n ALI (LM 741CN) - alimntation ds ALI - notions d bocl - qlqs montags - xrcics d application Un ALI (Amplificatr Linéair Intégré) st n CI analogiq. Ls ALI étaint assi applés AOP o Ampli OP (Amplificatr OPérationnl) parc q ils srvaint à réalisr ds opérations mathématiqs (addition, sostraction, mltiplication, division, intégration t dérivation) por l calcl analogiq. Il s agit d n ds composants ls pls importants d l élctroniq analogiq. SYMBOLES, RÔLE ET CARACTÉRISTIQUES L composant possèd dx ntrés : n ntré non invrss (+), n ntré invrss (-) t n sorti. Il s présnt sos la form d n boitir à hit brochs (DIL 8). Ls borns d alimntation n sont n général pas rprésntés.

2 Pag:2/13 Un ALI prmt d amplifir la différnc d potntil ntr ls 2 tnsions d ntrés (V- t V+). La tnsion d ntré différntill d montag st : = V+ - V- Rmarq : La tnsion d ntré différntill st parfois rpéré : Vd o ε. CARACTÉRISTIQUES D UN ALI IDÉAL On a : Ao. Rs.Is Vs = 0 donc : Vs = Ao. Rs.Is I+ RE RS.Is Is I- Ao. Vs Schéma éqivalnt d n ALI idéal On adopt por n ALI «idéal» ls caractéristiqs sivants : R E = Résistanc d ntré d l ALI ; I+ = I- 0 On admt alors la tnsion différntill = R E. I 0 R S = Résistanc d sorti d l ALI 0 ; R S. Is 0 t par sit : Vs = Ao. Ao st l gain n bocl ovrt d l ALI, on l admt BROCHAGE 1 : Réglag Offst 2 : Entré invrss 3 : Entré non invrss 4 : Alimntation (-) 5 : Réglag Offst 6 : Sorti 7 : Alimntation (+) 8 : Non Conncté Exmpl : LM 741CN

3 Pag:3/13 Schéma intrn d l ALI LM 741CN ALIMENTATION Ell va dépndr d l tilisation d montag. Ell pt-êtr d 2 typs : symétriq o asymétriq. ALIMENTATION SYMÉTRIQUE Ls ALI fonctionnnt n général avc n alimntation dobl symétriq (+Vcc ; -Vcc). C typ d alimntation alimntation st constité d dx génératrs d tnsion contin symétriqs t sra tilisé si la sorti doit évolr n valr positiv t négativ (par xmpl lors d l amplification d n signal altrnatif).

4 Pag:4/13 ALIMENTATION ASYMÉTRIQUE Ls ALI pvnt assi êtr alimntés n asymétriq (+Vcc ; 0 V). Dans c cas la sorti n pt évolr q ntr 0 V t +Vcc. C typ d alimntation st n général résrvé à la command TOR o à l amplification d tnsion contin positiv. Rmarqs : La tnsion d offst st n tnsion d décalag d la sorti d à la constittion intrn d l ALI. L réglag d la tnsion d offst prmt d réglr Vs = 0 si = 0 (ajstmnt d zéro n sorti). NOTIONS DE BOUCLE FONCTIONNEMENT EN BOUCLE OUVERTE En pratiq, ls corants d ntré pvnt êtr négligés (i+ 0 ; i- 0). R E = résistanc d ntré d l ALI. Alors la tnsion différntill = R E. I 0 R S = résistanc d sorti d l ALI 0 ; R S. Is 0 Caractéristiq d transfrt : Vs = f() Vs = Ao x = Ao x (V+ - V-)

5 Pag:5/13 Ao st l gain n bocl ovrt. Caractéristiq d transfrt d n ALI «idéal». Rél - La tnsion d sorti Vs dépnd dirctmnt d la tnsion différntill d ntré. On disting trois zons : la zon d linéarité : 0 V ; Vsat- < Vs < Vsat+ la zon d satration hat : > 0 V ; Vs = Vsat+ la zon d satration bass : < 0 V ; Vs = Vsat- Rmarq : Si Vcc = ±15 V alors Vsat = ±14 V Calclons la tnsion différntill d ntré ntraînant la satration d la tnsion d sorti por n LM 741CN n bocl ovrt avc Ao = d après l datasht t alimnté n asymétriq avc Vcc = 15 V. Vs = Ao x ; = Vs Ao = 15 = 0, V = 75 μv Conclsion : Un tl montag st sovnt incontrôlabl (car trop snsibl = 75 μv ). L ALI sra tojors (o prsq) tilisé avc n contr réaction donc n bocl frmé (Excption : voir montag comparatr d tnsion). FONCTIONNEMENT EN BOUCLE FERMÉE Schéma éqivalnt d montag avc réaction positiv. KVs Symbol d n comparatr dans n bocl d assrvissmnt Rmarqs : On dit q il y a réaction positiv qand la sorti st rlié à l ntré non invrss. On dit q il y a contr-réaction (o réaction négativ) qand la sorti st rlié à l ntré invrss. Schéma éqivalnt d montag avc réaction positiv Un contr-réaction assr n fonctionnmnt linéair d l ALI ( 0 V). Un réaction positiv provoq la satration d l ALI. = V KVs ; Vs = Ao. Vs = Ao. (V KVs) o ncor Vs = Ao.V Ao.KVs soit Ao.V = Vs + Ao.KVs

6 Pag:6/13 donc Ao.V = Vs (1 + Ao.K) t Vs V = Ao 1+ Ao.K Si Ao.K >> 1 on pt écrir Vs V 1 K Conclsion : On pos Vs = Av (l gain n tnsion d montag). V Si Ao.K >> 1, l gain Av n dépnd pls d Ao mais niqmnt d factr K qi st sovnt n rapport d résistanc donc parfaitmnt contrôlabl. LES PRINCIPAUX MONTAGES MONTAGE SUIVEUR DE TENSION L ALI doit avoir n contr-réaction, on sait q n régim linéair : 0 V. S = E - L ALI possèd n contr-réaction. 0 V Finalmnt : S = E MONTAGE AMPLIFICATEUR DE TENSION L amplification n tnsion st : Rmarqs : L sivr d tnsion prmt d prélvr n tnsion sans la prtrbr, car il possèd n corant d'ntré nl. On l rncontr donc réglièrmnt lors d la présnc d sond. Av = S E L gain n db (décibls) st : Gv = 20 log 10 Av

7 Pag:7/13 MONTAGE AMPLIFICATEUR INVERSEUR S E = - R2 R1 Caractéristiq d transfrt d S = f( E ) : Calclons Av t Gv si R1 = 4,7 kω, t R2 = 100 kω. Av = - R2 R1 = ,7 = -21,3 Gv = 20 log 10 Av = 26,6 db MONTAGE AMPLIFICATEUR ADDITIONNEUR Vs = -R3 x ( V1 R1 + V2 R2 ) Rmarqs : C montag st assi applé «amplificatr sommatr d tnsion». Si R1 = R2 = R3 alors Vs = - (V 1 +V 2 ) Ils xistnt d atrs montags : amplificatr non invrsr, comparatr d tnsion, oscillatr, amplificatr d différnc,

8 Pag:8/13 EXERCICES D APPLICATION EXERCICE N 1 Qstion : Démontrz l éqation d montag «amplificatr invrsr» ci-dssos. S E = - R2 R1 Hypothèss d départ : on admt l ALI idéal R E donc I+ = I- 0 t 0. Maill d ntré n bl : E R1.I1 + = 0 (mais 0) donc E = R1.I1 Maill d sorti n vrt : S + R2.I2 + = 0 (mais 0) donc S = - R2.I2 S Av = donc Av = -R2xI2 (mais I1 = I2 car i- 0) E R1xI1 donc Av = -R2 R1 Conclsion : On pt ncor écrir : S = -R2 R1 x E o S = Av x E L signal d sorti st donc a gain près l invrs d signal d ntré. EXERCICE N 2 On sohait povoir réglr l gain d n montag (voir pag sivant) d manièr fin. On donn R1 = 10 kω ; R2 = 100 kω t RV1 = 330 kω.

9 Pag:9/13 V V s Qstion 1 : Donnz ls dx limits xtrêms d amplification (Av maxi t Av mini) d c montag. Il s agit d n montag amplificatr invrsr donc : On a n amplification maximal lorsq RV1 st réglé a maximm soit 330 kω. V V s RV1+ R2 = - R1 = = -43 Av maxi = -43 On a n amplification minimal lorsq RV1 st réglé a minimm soit 0 kω. V V s RV1+ R2 = - R1 = = -10 Av mini = -10 Qstion 2 : Qll st la valr maximm admissibl n V, sans attindr la satration (c st-à-dir por rstr dans la zon linéair), qand l amplification st maximal? L amplification st maximal lorsq q RV1 st réglé a maximm (Av maxi = -43). Av = Vs Vs 15 donc V = ; V maxi admissibl = - = -0,348 V soit -348 mv V Av 43 V doit êtr compris ntr -348 mv t 348 mv. Qstion 3 : D après l montag il st possibl d agmntr la valr d V trové précédmmnt tot n rstant dans la zon linéair. Commnt? Qll st ctt valr d V? Por n réglag minimm d Rv1 on a Av mini = -10.

10 Pag:10/13 Av = Vs Vs 15 donc V = ; V maxi admissibl = - = -1,5 V soit mv V Av 10 Av pt agmntr jsq à 1500 mv avant q l ALI n attign la satration. EXERCICE N 3 Étd d n cart d tmpératr avc sond PT100 Un robot st éqipé d n captr d tmpératr indstril (PT100) qi st approprié por travaillr dans ds conditions xtrêms (-200 C à +900 C). Por la mission n cors, ls scintifiqs stimnt q ls valrs d tmpératrs xtrêms sront compriss ntr -30 C t 200 C. En sachant q cs valrs doivnt êtr traités nsit par n convrtissr analogiq nmériq (CAN) dont la gamm d tnsion sra compris ntr 0 t 5 V, il fat, por avoir n précision maximal, q nos soyons prochs d 0 n sorti VOt por n tmpératr d -30 C t proch d 5 V por n tmpératr d 200 C. On s propos donc d voir si la strctr proposé (n différnts modls) répond bin a cahir ds chargs t s il y a bin adaptation d la chain d acqisition ax caractéristiqs ds grandrs à acqérir. L captr mis n œvr st n sond PT100 dont l xprssion analytiq st la sivant : Rt = 100 (1 + 3, T - 5, T²). Avc : Rt (résistanc n Ohms à n tmpératr T n C). Qstion 1 : Qll valr rnvoi la sond PT100 si la tmpératr st d 0 C? Rt = 100 (1 + 3, , ²) = 100 Ω

11 Pag:11/13 Qstion 2 : Étd d génératr à corant constant (modl 1) UD2 = 3,6 V ; UD1 = 0,6 V ; Vb = 0,6 V. Ctt strctr st éqivalnt à n génératr d corant constant. En tilisant la loi ds maills, démontrr q l corant circlant dans R2 st constant t égal à 1,64 ma. On considèr q l corant circlant dans la PT100 st égal à cli circlant dans R2. En faisant la loi ds maills, on obtint : UD1 + UD2 = R2 i +Vb or Vb = 0,6 V t UD1 assi, d où i = UD2 R2 = 3,6 = 1,64 ma 3 2,2x10 Qstion 3 : Détrminz l xprssion d VCap. VCap = RPT100 x i Qstion 4 : Détrminz la valr d la résistanc PT100 à -30 C t +200 C. à -30 C : RPT100 = 100 (1 + 3, (-30) - 5, (-30)²) = 88,2 Ω à +200 C : RPT100 = 100 (1 + 3, , ²) = 175,8 Ω En dédir ls valrs mini t maxi d VCap. VCap min (à -30 C) = 88,2 1,64x10-3 = 145 mv VCap max (à 200 C) = 175,8 1,64x10-3 = 288 mv

12 Pag:12/13 Amplification VCap (modl 2) Il s agit ici d n montag amplificatr non invrsr. VA VCap = 1 + R14 R13 Qstion 5 : Détrminz l xprssion d VA n fonction d VCap. VA = VCap x (1 + R14 R13 ) Qstion 6 : Détrminz la valr d l amplification Av d montag. Av = Vs V = VA VCap = = 21 En dédir la variation d la plag d VA. VA mini = VCap mini x 21 = 145 x 21 = 3045 mv soit 3,05 V VA maxi = VCap maxi x 21 = 288 x 21 = 6048 mv soit 6,05 V Référnc VR (modl 3) Qstion 7 : Ql st l nom d montag réalisé par U1B? C st n montag sivr o adaptatr d impédanc. Qstion 8 : Q pt-on dir d VR? La tnsion VR = V t n varira pas n fonction ds élémnts placés à la sit.

13 Pag:13/13 Décalag (modl 4) Il s agit ici d n montag amplificatr d différnc. VD = R9 R8 + R9 Qstion 9 : x R7 + R6 R7 x VA - R6 R7 x VR Calclz VD n fonction d VA t VR. VD = VA - VR Corrction d gain (modl 5) Qstion 10 : Ql st l nom d montag réalisé par U1D? C st n amplificatr non invrsr. Qstion 11 : Détrminz l xprssion d VOt n fonction d VD t ds élémnts d montag. VOt = VD x (1 + αrv1 R4 ) Qstion 12 : Détrminr l xprssion t la valr d réglag d RV1 por obtnir n gain d 1,5. Av = S E = VOt VD = (1 + αrv1 R4 ) = 1,5 αrv1 = 1,5-1 x R4 = 0,5 x = Ω RV1 doit êtr réglé à 50 KΩ.