Amplificateurs opérationnels :

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1 CHAPITRE 1 Amplificateurs opérationnels : principe et opérateurs élémentaires Gérard-André CAPOLINO AO : principes & opérateurs élémentaires 1

2 Symbole 1. Présentation AO : principes & opérateurs élémentaires 2

3 2. Amplificateur idéal Représentation standard MASSE AO : principes & opérateurs élémentaires 3

4 2. Amplificateur idéal Représentation interne simplifiée AO : principes & opérateurs élémentaires 4

5 3. Montage inverseur Schéma de montage AO : principes & opérateurs élémentaires 5

6 3. Montage inverseur Gain en boucle fermée G = v v o i AO : principes & opérateurs élémentaires 6

7 3. Montage inverseur Gain en boucle fermée Masse virtuelle AO : principes & opérateurs élémentaires 7

8 3. Montage inverseur Gain en boucle fermée Application de la loi d Ohm i 1 v v v = i 1 i R R 1 1 = v i v v R i R R vo vi = R2 R1 AO : principes & opérateurs élémentaires 8

9 3. Montage inverseur Effet d un gain fini AO : principes & opérateurs élémentaires 9

10 3. Montage inverseur Effet d un gain fini vi+ v i= o 1 A R1 = v R i 0 A 2 1 v o v v vi o = o R v A + R A vo vi = R2 ( R R2 )A / R1 AO : principes & opérateurs élémentaires 10

11 3. Montage inverseur Schéma équivalent (amplificateur parfait) v i v o AO : principes & opérateurs élémentaires 11

12 3. Montage inverseur Augmentation artificielle du gain AO : principes & opérateurs élémentaires 12

13 3. Montage inverseur Augmentation artificielle du gain v = i x R 2 1 R v v = v R 4 i o x 4 v vi R R ( ) 4 4 R R o = R R 3 v o = R2 v R i + v i v R 2 i R 4 1 R1 R1 R3 AO : principes & opérateurs élémentaires 13

14 3. Montage inverseur Soustracteur à entrées multiples AO : principes & opérateurs élémentaires 14

15 4. Montages inverseurs dynamiques Utilisation d impédances complexes AO : principes & opérateurs élémentaires 15

16 4. Montages inverseurs dynamiques Intégrateur inverseur (montage Miller) AO : principes & opérateurs élémentaires 16

17 4. Montages inverseurs dynamiques Intégrateur inverseur (montage Miller) () 1 t 0 C 0 v t = V v() t dt i R C AO : principes & opérateurs élémentaires 17

18 4. Montages inverseurs dynamiques Intégrateur inverseur (montage Miller) DIAGRAMME de BODE AO : principes & opérateurs élémentaires 18

19 4. Montages inverseurs dynamiques Dérivateur inverseur AO : principes & opérateurs élémentaires 19

20 4. Montages inverseurs dynamiques Dérivateur inverseur DIAGRAMME de BODE AO : principes & opérateurs élémentaires 20

21 5. Montage non-inverseur Schéma de montage AO : principes & opérateurs élémentaires 21

22 5. Montage non-inverseur Calcul du gain AO : principes & opérateurs élémentaires 22

23 5. Montage non-inverseur Schéma équivalent v o v i AO : principes & opérateurs élémentaires 23

24 6. Montage suiveur Schéma de montage AO : principes & opérateurs élémentaires 24

25 7. Montages différentiels Schéma de base AO : principes & opérateurs élémentaires 25

26 7. Montages différentiels Schéma de base SUPERPOSITION 1+ R2 v v 1 1 R R o = R v + R + 3 R4 AO : principes & opérateurs élémentaires 26 2

27 7. Montages différentiels Schéma de base (gain et résistance d entrée) Court-circuit virtuel v o = ( ) 2 1 R 2 v R v 1 R in =2R 1 AO : principes & opérateurs élémentaires 27

28 7. Montages différentiels Mise en évidence du mode commun AO : principes & opérateurs élémentaires 28

29 7. Montages différentiels Amplificateur d instrumentation AO : principes & opérateurs élémentaires 29

30 7. Montages différentiels Amplificateur d instrumentation (gain) AO : principes & opérateurs élémentaires 30

31 8. NIC Convertisseur d impédance négative R in = R R1 R2 AO : principes & opérateurs élémentaires 31

32 8. NIC Convertisseur d impédance négative AO : principes & opérateurs élémentaires 32

33 9. Intégrateur non-inverseur Schéma de montage AO : principes & opérateurs élémentaires 33

34 10. Notion de contre-réaction Schéma de montage AO : principes & opérateurs élémentaires 34

35 10. Notion de contre-réaction Quelques formules de base β= R 1 R 1 + R 2 Facteur de contre-réaction G= A β Gain de boucle H= 1+ A β Taux de contre-réaction AO : principes & opérateurs élémentaires 35

36 11. Structure interne des AO Schéma de base Amplificateur transconductance Amplificateur de tension Gain unité AO : principes & opérateurs élémentaires 36

37 11. Structure interne des AO Schéma équivalent AO : principes & opérateurs élémentaires 37

38 11. Structure interne des AO Schéma équivalent aux hautes fréquences V ( s) = G o m Vid( s) s C AO : principes & opérateurs élémentaires 38

39 12. Fonctionnement en grands signaux Saturation v o +v s Pente G v i -v s AO : principes & opérateurs élémentaires 39

40 12. Fonctionnement en grands signaux Slew rate SR= dv dt o max AO : principes & opérateurs élémentaires 40

41 13. Fonctionnement en continu Taux de réjection en mode commun (CMRR) CMRR=20 log ( A ) cm AO : principes & opérateurs élémentaires 41 A

42 13. Fonctionnement en continu Taux de réjection en mode commun (CMRR) AO réel CMRR fini G = 1+ R2 R 1 AO parfait CMRR infini ( R ) ( ) G= 1 R1 CMRR AO : principes & opérateurs élémentaires 42

43 13. Fonctionnement en continu «Offset» (principe) AO réel avec offset AO parfait AO : principes & opérateurs élémentaires 43

44 13. Fonctionnement en continu Effet «offset» sur un montage non-inverseur AO parfait AO : principes & opérateurs élémentaires 44

45 13. Fonctionnement en continu Effet «offset» sur un intégrateur AO : principes & opérateurs élémentaires 45

46 13. Fonctionnement en continu Courants de polarisation (principe) AO : principes & opérateurs élémentaires 46

47 13. Fonctionnement en continu Courants de polarisation (réduction) R 3 = R 1 //R 2 AO : principes & opérateurs élémentaires 47

48 14. Résistances d entrée et de sortie Principe AO : principes & opérateurs élémentaires 48

49 14. Résistances d entrée et de sortie Résistance d entrée Montage inverseur R in R 1 Montage non-inverseur in icm {( 1+ A β ) R } id R 2R // AO : principes & opérateurs élémentaires 49

50 14. Résistances d entrée et de sortie Résistance de sortie Montage inverseur R { } ( R+ R ) 1 2 // Ro out 1 + A β AO : principes & opérateurs élémentaires 50