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Montages de base de l'amplificateur opérationnel

La représentation électrique d'un amplificateur opérationnel varie suivant les pays.

Les applications de l'amplificateur opérationnel sont divisées en deux grandes catégories suivant la nature de la contre-réaction :

  • si elle s'opère sur l'entrée inverseuse (entrée –), la contre-réaction est dite négative ce qui engendre un fonctionnement du système en mode linéaire ;
  • si elle s'opère sur l'entrée non inverseuse (entrée +), la contre-réaction est dite positive et a tendance à accentuer l'instabilité de la sortie qui part vers l'une des tensions de saturation. Le fonctionnement est alors en mode comparateur.

Un dernier ensemble de montages regroupe les structures mixtes ou spéciales : double contre-réaction ou insertion de composants particuliers. Dans ce cas, on ne peut pas, a priori, établir un type de fonctionnement.

Les résistances utilisées dans les schémas de cet article sont de l'ordre du kΩ. Des résistances de moins d'un kΩ nécessiteraient trop de courant et pourraient endommager l'amplificateur. Des résistances de plus d'un MΩ engendreraient trop de bruit thermique et des erreurs significatives dues aux courants de polarisation.

Circuits en mode linéaireModifier

Amplificateur différentielModifier

 
Amplificateur différentiel (normes européennes).

La sortie est proportionnelle à la différence des signaux appliqués aux deux entrées.

 
  • Quand  ,
 
  • Quand   et  , on obtient la fonction soustracteur :
 

Amplificateurs de tensionModifier

Amplificateur inverseurModifier

Le signal en sortie est en opposition de phase par rapport au signal d'entrée.

 
Amplificateur inverseur (normes européennes).
 

Amplificateur non inverseurModifier

 
Amplificateur non inverseur (normes européennes).
 

Convertisseur courant à tensionModifier

 
Convertisseur courant/tension (normes européennes)
 
  • Aussi appelé Amplificateur à transimpédance ou amplificateur à transrésistance car le rapport de la sortie sur l'entrée   donne une valeur de résistance.

SuiveurModifier

 
Suiveur (normes européennes)
 
 
  • Souvent appelé étage tampon de tension (Buffer en anglais). Grâce à son impédance d'entrée très importante et à sa faible impédance de sortie, il est destiné à permettre l'adaptation d'impédance entre deux étages successifs d'un circuit.

Sommateur InverseurModifier

 
Sommateur (normes européennes).

Additionne plusieurs entrées pondérées

 
  • Quand  
 
  • Quand  
 
  • La sortie est inversée.
  • L'impédance d'entrée  , pour chaque entrée (  est une masse virtuelle).

SoustracteurModifier

Voir « Amplificateur différentiel ».

IntégrateurModifier

 
Intégrateur (normes européennes).

La sortie est proportionnelle à l'intégrale temporelle de la tension d’entrée.

 
  • En ajoutant une résistance R' aux bornes du condensateur, on obtient un comportement intégrateur sur une bande de fréquence limitée de 0 à   (filtre actif passe-bas). Notons qu'à cause des défauts de l'AO réel (voir amplificateur opérationnel – Tension de décalage et courants d'entrée), on adopte quasi-systématiquement cette solution, le comportement intégrateur se retrouvant alors pour les fréquences supérieures à la pulsation de coupure. On évite ainsi la saturation en sortie de l'AO par l'intégration de la composante continue tout en intégrant le signal périodique auquel on porte de l'intérêt.

DérivateurModifier

 
Dérivateur (normes européennes).

La sortie est proportionnelle au taux de variation de la tension d’entrée.

 
  • Le dérivateur est utilisé dans les systèmes de régulation pour surveiller le taux de variation de grandeurs physiques telles que par exemple la température ou la pression.
  • En ajoutant une résistance en série avec le condensateur, on obtient le schéma d’un filtre passe-haut.

Amplificateur d'instrumentationModifier

 
Amplificateur d'instrumentation (normes européennes).
 

Le gain est réglable à l'aide d'une seule résistance   qui peut venir se connecter aux bornes d'un circuit intégré ou autre. Ce circuit est réalisé de manière intégrée permettant ainsi une grande précision sur les résistances R ainsi qu'une très bonne stabilité thermique.

Le premier étage de l'amplificateur d'instrumentation ne génère pas d'erreur de mode commun de par sa symétrie.

Simulateur d'inductanceModifier

 
Simulateur d'inductance.

L'impédance équivalente de ce montage est définie par :

 

les deux fréquences de coupures de ce montage sont :

  et  
  • Ce type de montage est aussi appelé gyrateur.

Impédance négativeModifier

 
Impédance négative (normes européennes).
 

Redresseur simple alternance sans seuilModifier

 
Redresseur simple alternance sans seuil.

Ce montage se comporte comme une diode idéale.

Détecteur de valeur crêteModifier

 
Détecteur de crête (normes européennes).

La fonction de ce montage est de « sauvegarder » la valeur la plus élevée de  .

Amplificateur logarithmiqueModifier

 
Amplificateur logarithmique (normes européennes).
 

Attention, ce schéma est un schéma de principe : utilisé tel quel ses caractéristiques dépendent de la température[1],[2].

Amplificateur exponentielModifier

 
Amplificateur exponentiel (normes européennes).
 

Attention, ce schéma est un schéma de principe : utilisé tel quel ses caractéristiques dépendent de la température.

Circuits en mode non linéaireModifier

ComparateurModifier

 
Comparateur (normes européennes).

 = si (V1 > V2) ⇒ VS= +VCC / si( V1 < V2 ) ⇒ VS= -VCC

Comparateur à deux seuils ou trigger de Schmitt ou comparateur à hystérésisModifier

Comparateur à deux seuils non inverseurModifier

 
Trigger de Schmitt non inverseur (normes européennes).
 
Courbe entrée sortie d'un trigger de Schmitt.

Tension de basculement positif :  
Tension de basculement négatif :  

T pour threshold, signifiant seuil.

Note : remarquez la position des entrées inverseuse et non inverseuse par rapport au montage amplificateur-inverseur.

Comparateur à deux seuils inverseurModifier

 
Trigger de Schmitt inverseur (normes européennes).

Tension de basculement positif :  
Tension de basculement négatif :  
T pour threshold, signifiant seuil.

BibliographieModifier

En françaisModifier

  • J.F. Gazin, Manuel d'applications C.I.L., tome I, Les amplificateurs opérationnels, Thomson-CSF-Sescosem, , 188 p.
  • Michel Girard, Amplificateurs Opérationnels, vol. 1 : Présentation, Idéalisation, Méthode d'étude, McGraw-Hill, (ISBN 2704211949).
  • Michel Girard, Amplificateurs Opérationnels, vol. 2 : Technologie, Caractéristique, Utilisation, McGraw-Hill, (ISBN 2704211868).
  • Paul Horowitz, Winfield Hill, Traité de l’électronique analogique et numérique [« The Art of Electronics »], vol. 1 : Techniques analogiques, Publitronic, (ISBN 2866610709).
  • Tran Tien Lang, Électronique analogique des circuits intégrés, Masson, (ISBN 2225853061).
  • Albert Paul Malvino, David J. Bates, Principes d’électronique [« Electronic principles »], Dunod, (ISBN 210005810X)
    6e édition (traduction de la 6e édition de l’ouvrage anglais).

En anglaisModifier

Voir aussiModifier

Liens internesModifier

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Liens externesModifier

Notes et référencesModifier