Cours ©lectronique IFIPS Ann©e 2006 - 2007 1 Amplificateur op©rationnel I. Structure id©ale II. Montages lin©aires III. Structure non id©ale et comportement

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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 1 Amplificateur oprationnel I. Structure idale II. Montages linaires III. Structure non idale et comportement en frquence C. Koeniguer, P. Lecoeur
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 2 Objectifs : Introduire la notion damplification Lamplificateur oprationnel : structure idale Importance des impdances dentre et de sortie Introduire les notions de gains en puissance et en tension Etablir les fonctions de transfert des structures de base Etablir et tracer les diagrammes de Bode en gain et en phase
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 3 I. Lamplificateur oprationnel : structure idale - structure damplification deux entres et une sortie - lnergie ncessaire pour amplifier est apporte par une alimentation DC externe qui peut-tre : une alimentation symtrique : V alim = +V alim = -V alim une alimentation positive : V alim = +V alim et V alim = 0 En gnral : (V sat = -V alim + T dchet ) < V s < (V sat = +V alim T dche ) avec (T dchet = 0,6 V) il existe des ampli-oprationnels rail to rail pour lesquels : -V alim < V s < +V alim VSVS + - +V alim -V alim Fonction ralise : V S A A V + -V - ) A : gain en tension infini dans le cas idal Cest un amplificateur en tension : Caractristique de la fonction de transfert : VSVS Pente infinie
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 4 I. Lamplificateur oprationnel : structure idale Impdance dentr et impdance de sortie Source Charge Amplificateur Av i RLRL vSvS veve RiRi vLvL R0R0 + - En entre (on a un diviseur de tension) : ReRe Pour avoir v i = v e il faut R i >> R e donc idalement R i => En sortie (on a un diviseur de tension) : Pour avoir v L = Av i il faut idalement R 0 ~ 0 Conclusion si R i = et R 0 = 0 :
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 5 I. Lamplificateur oprationnel : structure idale Extrait du cours du Prof. Greg Kovacs, Stanford University -Vin +Vin Vout A Le premier amplificateur oprationnel : le K2-W 12 mm 8 mm Botier DIP 8 1966 Le LM 741 de Fairchild Semiconductor Beaucoup plus rcent, le TL081 Amplificateur BiFET
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 6 I. Lamplificateur oprationnel : structure idale Un fonctionnement linaire -montage avec contre raction Un fonctionnement non linaire - montage avec raction positive Mais, si on prlve une partie du signal de sortie pour linjecter : Sur la borne (-) on obtient : Sur la borne (+) on a alors : Seule, cette structure est peu intressante ( except pour le fonctionnement en comparateur) puisque : - si > 0 alors V S = V sat - si < 0 alors V S = -V sat
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 7 I. Lamplificateur oprationnel : structure idale Fonctionnement en rgime linaire : Montage avec contre raction vSvS - + veve R1R1 R2R2 Mise en quation : V + =V e Millman : V + -V - = v e - kv s droite de pente 1/k vSvS Discussion : Reprsentation graphique : Un point de fonctionnement : = 0 donc V + = V - v sat -v sat pente : -1/k
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 8 I. Lamplificateur oprationnel : structure idale vSvS + - veve R1R1 R2R2 Mise en quation : V - =V e On a diviseur de tension en V + : V + -V - = kv s - v e droite de pente 1/k vSvS Discussion : Reprsentation graphique : V e /k nest pas un point de fonctionnement stable : > 0 conduit V S = +V sat < 0 conduit V S = -V sat +v sat -v sat pente : +1/k A B Fonctionnement non linaire : montage avec raction positive
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 9 II. Lamplificateur oprationnel : montages linaires Montage non inverseur : Montage suiveur : fonction de transfert Impdance dentre : car i e =>0 Impdance de sortie : vSvS - + veve R1R1 R2R2 ieie ibib vSvS - + veve Montage inverseur : vSvS - + veve R1R1 R2R2 ieie ibib fonction de transfert Impdance dentre : Impdance de sortie infinie
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 10 II. Lamplificateur oprationnel : montages linaires Montage sommateurs : Additionneur inverseur : Soustracteur diffrentiel : R vSvS - + v e1 R1R1 v e2 R2R2 v ei RiRi En utilisant le thorme de superposition : Chaque voie dentre possde une impdance propre Limpdance de sortie est nulle : vSvS - + v e1 R1R1 v e2 R2R2 R R3R3 Do : Impdance de sortie nulle Impdance dentre :
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 11 II. Lamplificateur oprationnel : montages linaires Convertisseur courant-tension : Source de courant : vSvS - + R1R1 ieie Photodiode Application : vSvS - + R ieie AN : i e = 10uA R=1M V S = 10 V Impdances dentre et de sortie : nulles V + =V - =0 V S =-R 1 i e vSvS - + RLRL iSiS veve R V + =V - =V e i S =V e /R Impdance dentre infinie Impdance de sortie infinie : i s est indpendante de la charge R L est flottante : aucune rfrence un potentiel fixe : elle correspond la charge Application : Commande de lintensit traversant une ampoule ou dune DEL
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 12 III. Lamplificateur oprationnel : comportement en frquence Avertissement : Pour comprendre le fonctionnement en frquence dun AOP Il faut abandonner le modle parfait utilis dans la premire partie Par construction le comportement en frquence de lAOP est de type passe-bas avec : - une frquence de coupure ( c ) de lordre de 10 Hz - un gain en tension A v important (et non plus infini) de lordre de 10 5 Ce qui conduit au diagramme de Bode en gain : Cette fonction de transfert scrit : log 20 log (V s /V e ) 0 c pente 20 dB/dec 20 log (A V )
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 13 III. Lamplificateur oprationnel : comportement en frquence Comportement en frquence du montage non inverseur (1/2) : vSvS - + veve R1R1 R2R2 ieie ibib Mise en quation : Fonction de transfert :
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 14 Comportement en frquence du montage non inverseur (1/2) : III. Lamplificateur oprationnel : comportement en frquence log 20 log (V s /V e ) 0 c 20 log (A V ) 20 log (A V ) cc Diagramme de Bode obtenu : On constate que : le produit gain bande est constant puisque : A v c = A v c vSvS - + veve R1R1 R2R2 ieie ibib
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 15 III. Lamplificateur oprationnel : comportement en frquence Montage intgrateur ou passe-bas (1/2) : R vSvS - + veve C i i log 20 log (V s /V e ) 0 dB c 20 log (A V ) RC
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 16 III. Lamplificateur oprationnel : comportement en frquence Montage intgrateur ou passe-bas (2/2) : R vSvS - + veve C i i R1R1 log 20 log (V s /V e ) 0 20 log (A V ) RC 20 log (R 1 /R) /R 1 C => limitation du gain basses frquences log 0 Arg(V s /V e ) Inverseur Intgrateur
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 17 III. Lamplificateur oprationnel : comportement en frquence Montage drivateur ou passe-haut (1/2) : veve R vSvS - + C i i log 20 log (V s /V e ) 0 20 log (A V ) RC
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  • Cours lectronique IFIPS Anne 2006 - 2007 18 III. Lamplificateur oprationnel : comportement en frquence Montage drivateur ou passe-haut (2/2) : veve R vSvS - + C i i R1R1 => limitation du gain hautes frquences log 20 log (V s /V e ) 20 log (A V ) RC R 1 C 20 log (R/R 1 )