Amplificateur Opérationnel (ELECF2_2024) PDF

Chapitre I AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL ELECF2_ 2024  OBJECTIFS 1. Définition et caractéristiques. 2. Principe de Fonctionnement. 3. Modes de Fonctionnement. 4. Montages de Base. 5. Applications.  Introduction Amplificateur = Amplification...

Chapitre I AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL ELECF2_ 2024  OBJECTIFS 1. Définition et caractéristiques. 2. Principe de Fonctionnement. 3. Modes de Fonctionnement. 4. Montages de Base. 5. Applications.  Introduction Amplificateur = Amplification Opérationnel : ✓Amplificateur électronique. ✓fonctions mathématiques ( dérivée, ✓Amplificateur OP pour calcul analogique. intégrale, Log...) ✓Amplificateur différentiel. ✓Calculateurs analogiques. ✓Amplificateur / Instrumentation. ✓Amplificateur LNA_Antennes. ✓Résolution des équations différentielles (mécaniques , acoustiques ) ✓Amplificateur Audio/ vidéo. ✓....Filtrage, génération d'impulsions.. commande, sources de crt/tension... etc. 1. Définition et caractéristiques  DEFINITION Un amplificateur opérationnel : C'est un Circuit intégré avec plusieurs transistors. Un amplificateur opérationnel est un amplificateur différentiel à grand gain qui amplifie fortement une différence de potentiel électrique présente à ses entrées. Structure Interne de A.O. REPRESENTATION SYMBOLIQUE DE L'A.O. data sheet de Texas Instruments http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ua741.pdf I /Amplificateur Opérationnel SCHEMA EQUIVALENT aux fréquences basses : Représentation de Thevenin CARACTERISTIQUES DE L'A.O. Ze : Impédance d’entrée très grande (10M à 10T Ω). Zs : Impédance de sortie faible (10 à 500 Ω). Gv : Gain en tension très grand pour les signaux DC (105 à 1012). Comportement de filtre passe-bas pour les signaux AC. EXEMPLE Principe & Modes de fonctionnement  l’A.O aura 3 comportements possibles : Si Vs < la tension que l’AO peut fournir, Alors l’AO sera saturé négativement (Vs = -Vcc) Si Vs > la tension que l’AO peut fournir, Alors l’AO sera saturé positivement (Vs = +Vcc) Si Vs = la tension que l’AO peut fournir, Alors l’AO fonctionnera en mode linéaire : Vs = A * (VE+ – VE-) Modes de fonctionnement de l'A.O. Fonctionnement en mode Linéaire : Régime linéaire. Zone dans laquelle l’équation Vs = A * (V+ – V-) sera valable Fonctionnement en mode Saturé : Régime de saturation. Zone dans laquelle la tension de sortie sera bloquée à une valeur maximale (ou minimale), au-delà de laquelle l’AOP ne pourra pas aller. ZL = (Vsmax-Vsmin)/A : la zone linéaire s’étend entre Vsmin/A et Vsmax/A. Différents types d'A.O. 1) Amplificateur Opérationnel Idéal. 2) Amplificateur Opérationnel Réel.  Amplificateur Opérationnel Idéal Caractéristiques : Ze =infinie ; Une impédance d’entrée infinie A = infinie ; Une amplification différentielle de tension infinie Zs = 0 ; Une impédance de sortie nulle Caractéristique de transfert Vs=f(Vd )de l’AO idéal : Amplificateur Opérationnel Réel. Impédance d’entrée (Ze) non infinie. Impédance de sortie (Zs) non nulle. Amplification en tension non infinie et de plus fonction de la fréquence  Applications de l'Amplificateur opérationnel  Applications de l'Amplificateur opérationnel Le nom du montage ou de l’application vient des différéntes configurations possibles: ▪ Amplificateur inverseur , suiveur ▪ Amplificateur non inverseur de phase, suiveur, ▪ Additionneur, Soustracteur ▪ Ampli. Différentiel, Ampli d’instrumentation ▪ Intégrateur idéal et pratique, Dérivateur idéal et pratique ▪ Variantes du circuit inverseur ▪ Conversions AN & NA. La contre réaction des AOP ❖ Avec une contre réaction négative, l’AOP converge vers un point d’équilibre, au niveau de sa sortie. ❖ Avec une contre réaction positive, l’AOP diverge systématiquement vers +Vcc ou -Vcc, et sature. Modèle : AO idéal ( En Application) Modèle de l’ampli OP idéal ❖ Impédance d’entrée Ze =  ❖ Impédance de sortie Zs = 0 ❖ Gain en tension A =  modèle ❖ Bande passante =  Règles de conception et d’analyse : ❑ v1 - v2 =0 à cause de A infini ❑ i+ ~ i- = 0 à cause de Ze infini ❑ A(v1-v2) fini  R2 AMPLIFICATEUR INVERSEUR i i R1 On suppose l’AOp idéal, donc: I+ = I- =0. Ve - Et le courant dans R1 et le même que dans R2. + Vs La résistance R2 assure une liaison entre la sortie et l’entrée inverseuse, donc : V+ = V-. Vs +Vsat Le circuit permet d’écrire: Ve -Vsat Ce qui donne: A0 APPLICATION DES A.O. FILTRES ACTIFS 1er ordre Définition  Types de filtres Filtres analogiques : la mise en œuvre est basée sur des composants analogiques qui réalisent la fonction de réponse en fréquence Les filtres passifs utilisent uniquement R, L et C et ont un gain inférieurs à 1. Les filtre analogiques actifs ont des composants actifs AO. Filtres numériques : implémentés par microprocesseur, microcontrôleurs, FPGA ou autre moyen numérique ( Transformée de Fourier, TFR-FFT) L’étude d’un filtre consiste à : Définir sa fonction de transfert Etudier l’évolution de cette fonction de transfert en fonction de la fréquence du signal d’entrée. Représenter (diagrammes de Bode) les variations du gain et du déphasage du signal de sortie par rapport au signal d’entrée en fonction de la fréquence Un filtre est caractérisé par sa fonction de transfert : La fréquence de coupure fc est définie comme étant la fréquence pour laquelle le module du gain est tq : La bande passante est le domaine de fréquence où le gain est supérieur ou égal à Les quatres types fondamentaux Exemple de Filtre Passif Exemple d’un filtre actif passe bas Filtre actif passe haut Filtre actif passe bande Application d’ Amplificateur opérationnel réel (non idéal)  Amplificateur Opérationnel Réel. Impédance d’entrée (Ze) non infinie. Impédance de sortie (Zs) non nulle. Amplification en tension non infinie et en fonction de la fréquence Les AOP réels possèdent un certain nombre de limitations ( défauts): 1. Présence d'un offset en entrée : Lorsque l’AOR ne reçoit aucun signal sur ses entrées (les entrées sont mises à zéro), il subsiste généralement une tension continue de décalage de la tension de sortie vis-à-vis de zéro. 2. Influence de la tension de mode commun (moyenne arithmétique des tensions des deux entrées) sur la tension de sortie, 3. Impédance non nulle en sortie, 4. Impédance non infinie en entrée, 5. Variation du gain en fonction de la fréquence. 6. La tension de sortie peut être influencée par des variations de tension d'alimentation. : Gain de mode commun : la tension de sortie dépend également de la moyenne des deux tensions en entrée, appelée tension de mode commun ( Gd est le gain de l’AO): Gmc est le gain de mode commun. L'ampli-op est de qualité d'autant meilleure qu'il est capable de rejeter le mode commun, c'est-à-dire que Gmc est petit devant Gd. On définit le taux de réjection du mode commun par le rapport (dB) :  Typiquement, un TRMC = 100 db ce qui correspond à 105 pour le rapport Gd / Gmc. Il se dégrade également avec l'augmentation de la fréquence des tensions d'entrée. Impédances d'entrée et de sortie : ✓ Les courants sont faibles, mais pas tout a fait nuls. Ces courants absorbés dépendent de la fréquence des tensions d'entrée. ✓ L'impédance de sortie modélise le fait que la tension de sortie chute à mesure que le courant de charge.  Amplificateur opérationnel en régime de saturation Comparateur Simple Comparateur à Hystérésis  Comparateur Simple AO est en régime non linéaire on a v+ ≠ v–  Comparateur à Zéro V ou détecteur de signe (Vref =0v)  Comparateurs à deux seuils Comparateurs à deux seuils ou trigger de Schmitt ou comparateurs à hystérésis. Possède deux tensions de basculement : Vref+ et Vref − Avec Vref+ > Vref − Il existe deux types de trigger de schmitt, inverseur et non inverseur. Le trigger de Schmitt peut être réalisé à partir : D’amplificateur opérationnel De transistors, ou De portes logiques De circuits intégrés. Trigger de Schmitt inverseur  Trigger de Schmitt inverseur Les tensions de basculement sont les deux valeurs possibles de V+ Trigger de Schmitt non inverseur Exemple Diode passante/Bloquée Diode passante Diode Bloquée Applications du Trigger de Schmitt  Fin Partie II Merci pour votre attention