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1 SI Sciences de l Ing nieur B - FONCTION DU PRODUIT B 32 - CONDITIONNEMENT DU SIGNAL Fichier : Cours sur les Tale Page:1/9 LES AMPLIFICATEURS OP RATIONNELS Objectifs du COURS : Ce cours traitera essentiellement les points suivants : - D finitions des principales caract ristiques d un AOP - Notions de fonctionnement en Boucle Ouverte, Contre R action, Boucle Ferm e - Les diff rentes types d alimentation d un AOP - tude des diff rents montages de base - Compl ments : D formation des signaux de sortie, notion de gain et de bande passante PRINCIPALES CARACT RISTIQUES R LE ET SYMBOLE D UN AOP Un Amplificateur Op rationnel (ou un Amplificateur Lin aire Int gr : ALI) permet d amplifier la diff rence de potentiel e entre les 2 tensions d entr es : Les symboles normalis s utilis s pour sa repr sentation en sch ma sont les suivants : Norme US : Norme EU : Remarques : AOP signifie Amplificateur Op rationnel Parfait (on dit galement amplificateur op rationnel id al).

2 Ne pas confondre +V et V qui sont les tensions d alimentation du CI avec Ve+ et Ve qui sont les tensions d entr e de l AOP. CARACT RISTIQUES D UN AOP Soit e la tension diff rentielle d entr e du montage avec : e = Ve+ - Ve- Sch ma quivalent : (voir page suivante) + + + + - - - - e e + - +V -V SI Sciences de l Ing nieur B - FONCTION DU PRODUIT B 32 - CONDITIONNEMENT DU SIGNAL Fichier : Cours sur les Tale Page:2/9 On adopte pour un AOP dit id al les caract ristiques suivantes : RE = R sistance d entr e de l AOP ; Ie+ = Ie- 0 On admet alors la tension diff rentielle e = RE . Ie 0 RS = R sistance de sortie de l AOP 0 ; RS.

3 Is 0 et par suite : Vs = Ao . e Ao est le gain en boucle ouverte de l AOP. On l admet CARACT RISTIQUES D UN AOP R EL Les caract ristiques r elles d un AOP donn es par les constructeurs sont les suivantes : Exemple : Circuit Int gr LM 741CN MINI TYPIQUE MAXI Re 200 K 2 M Rs 200 Ao 15000 200000 Brochage du LM 741CN : 1 : R glage Offset 2 : Entr e inverseuse 3 : Entr e non inverseuse 4 : Alimentation (-) 5 : R glage Offset 6 : Sortie 7 : Alimentation (+) 8 : Non Connect On a : Vs = 0 donc : Vs = e Ie+ Ie- RE Is Vs SI Sciences de l Ing nieur B - FONCTION DU PRODUIT B 32 - CONDITIONNEMENT DU SIGNAL Fichier : Cours sur les Tale Page.

4 3/9 NOTIONS DE BOUCLE FONCTIONNEMENT EN BOUCLE OUVERTE (BO) Caract ristique de transfert Vs = f (e) Avec Vs = Ao . e = Ao . (Ve+ - Ve-) Calculons la tension diff rentielle d entr e e entra nant la saturation de la tension de sortie Vs du montage. Prenons Vcc = +/- 15 volts et Ao = 200 000 Vs = Ao. e ; e = VsVsVsVsAoAoAoAo = 15151515200000200000200000200000= 0,000075 V = 75 V Conclusion : Un tel montage est souvent incontr lable (car trop sensible) L AOP sera toujours (ou presque*) utilis avec une contre r action donc en boucle ferm e (*Exception : Voir montage comparateur de tension) FONCTIONNEMENT EN BOUCLE FERM E (BF) Sch ma quivalent du montage avec Contre R action (CR) : Vs 123U1 EVe e Zone de saturation positive Zone de saturation n gative Zone AB.

5 Domaine lin aire de fonctionnement e -e Ve (e) - Ve (e) Vcc Vsat - Vcc - Vsat Vs A B Symbole d un comparateur dans une boucle d asservissement 123U1 EVe e - + Vs KVs SI Sciences de l Ing nieur B - FONCTION DU PRODUIT B 32 - CONDITIONNEMENT DU SIGNAL Fichier : Cours sur les Tale Page:4/9 Remarques : On r alise une contre r action en ramenant la sortie sur une entr e. On travaille ainsi en boucle ferm e. On peut alors crire : e = Ve KVs Vs = Vs = Ao . (Ve KVs) ou encore Vs = soit = Vs + donc = Vs (1 + ) et VsVsVsVsVeVeVeVe= AoAoAoAo1+ + + + Si >> 1 on peut crire VsVsVsVsVeVeVeVe 1111 KKKK Conclusion : On pose VsVsVsVsVeVeVeVe= Av le gain en tension du montage.

6 Si >> 1 le gain Av ne d pend plus de Ao mais uniquement du facteur K qui est souvent un rapport de r sistance donc parfaitement contr lable. DIFF RENTS TYPES D ALIMENTATION D UN AOP Elle va d pendre de l utilisation du montage. Elle peut- tre de 2 types : ALIMENTATION SYM TRIQUE Analyse du fonctionnement : Si e > 0 on a Vs + Vsat + Vcc Si e < 0 on a Vs - Vsat - Vcc Si e = 0 on a Vs 0 mais non nulle (Elle peut- tre > 0 ou < 0 et m me = Vsat en BO) 123U1 EVs Vcc Vcc Masse (0V) + - +Vcc = +15 V -Vcc = -15 V e SI Sciences de l Ing nieur B - FONCTION DU PRODUIT B 32 - CONDITIONNEMENT DU SIGNAL Fichier : Cours sur les Tale Page:5/9 Conclusion : Ce type d alimentation sera utilis si la sortie doit voluer en valeur positive et n gative (par exemple lors de l amplification d un signal alternatif).

7 ALIMENTATION ASYM TRIQUE Analyse du fonctionnement : Si e > 0 on a Vs + Vsat + Vcc Si e < 0 on a Vs = 0 Si e = 0 on a Vs 0 mais non nulle (Elle ne peut- tre que > 0) Conclusion : Dans ce cas la sortie ne peut voluer qu entre 0 V et + Vsat = Vcc Ce type d alimentation est en g n ral r serv la commande TOR (Tout Ou Rien) ou l amplification de tension continue positive (zone lin aire de fonctionnement) Remarques : Tension d offset : C est une tension de d calage de la sortie due la constitution interne de l AOP. R glage de la tension d offset : Il permet gr ce un potentiom tre mont comme ci-dessous de r gler Vs = 0 si e = 0 (ajustement du z ro en sortie).

8 Raccordement du curseur au - Vcc 10 K 123U1E Vcc + - + Vcc 0 V e Vs SI Sciences de l Ing nieur B - FONCTION DU PRODUIT B 32 - CONDITIONNEMENT DU SIGNAL Fichier : Cours sur les Tale Page:6/9 TUDE DES DIFF RENTS MONTAGES MONTAGE AMPLIFICATEUR INVERSEUR Soit le montage ci-dessous : (r gime lin aire) Analyse du montage : Hypoth ses de d part : on admet l AOP id al RE donc Ie+ = Ie- 0 et e 0 Maille d entr e en bleu : Ve + e + = 0 (mais e 0 et + 0) donc Ve = Maille de sortie en vert : Vs + + e + = 0 (mais e 0 et + 0) donc Vs = - crivons Av = VsVsVsVsVeVeVeVe donc Av = -R2xI2-R2xI2-R2xI2-R2xI2R1xI1R1xI1R1xI1R 1xI1 (mais I1 = I2 car ie- 0) donc Av = -R2-R2-R2-R2R1R1R1R1 Conclusion : On peut encore crire : Vs = -R2-R2-R2-R2R1R1R1R1 x Ve ou Vs = Av x Ve Le signal de sortie est donc au gain pr s l inverse du signal d entr e.

9 REM : en g n ral on adopte pour la valeur de R3 : R3 = R1xR2R1xR2R1xR2R1xR2R1+R2R1+R2R1+R2R1+R2 Ve Vs R3 I1 I2 e SI Sciences de l Ing nieur B - FONCTION DU PRODUIT B 32 - CONDITIONNEMENT DU SIGNAL Fichier : Cours sur les Tale Page:7/9 MONTAGE AMPLIFICATEUR NON INVERSEUR Soit le montage ci-dessous : (r gime lin aire) Analyse du montage : On a toujours : Ie+ = Ie- 0 et e 0 De plus I1 = I2 car Ie- 0 Maille d entr e en bleu : Ve + e = 0 (mais e 0 et + 0) donc Ve = Maille de sortie en vert : Vs = 0 donc Vs = (R1+R2)xI1 = (R1+R2)xI2 d ou le gain Av = VsVsVsVsVeVeVeVe= R1+R2R1+R2R1+R2R1+R2R1R1R1R1 Conclusion : Si R2R2R2R2R1R1R1R1 >> 1 on retrouve Av = R2R2R2R2R1R1R1R1 et Vs = R2R2R2R2R1R1R1R1 x Ve Cas particulier : Si R2 = 0 on a Av = 1 On a donc Vs = Ve (C est un montage suiveur de tension) Son r le est d adapter les imp dances.

10 Entr e tr s haute imp dance, et sortie tr s faible imp dance. Montage id al pour r aliser un adaptateur d'imp dance, et particuli rement appr ci quand il s'agit de pr lever un signal sur une source dont l'imp dance de sortie est tr s lev e. Comme la contre-r action est totale (la totalit du signal de sortie est r inject sur l'entr e inverseuse). Vs Ve R1 R2 R3 I2 I1 SI Sciences de l Ing nieur B - FONCTION DU PRODUIT B 32 - CONDITIONNEMENT DU SIGNAL Fichier : Cours sur les Tale Page:8/9 MONTAGE AMPLIFICATEUR DE DIFF RENCE Soit le montage ci-dessous : comparateur de tension (r gime non lin aire) Formules : VEP > VEN => Vs = VSATP VEP < VEN => Vs = VSATN MONTAGE ADDITIONNEUR DE TENSION Soit le montage ci-dessous : sommateur de tension (r gime lin aire) Formule : Vs = -R3 x (V1V1V1V1R1R1R1R1 + V2V2V2V2R2R2R2R2) Remarque : Si R1=R2=R3 alors Vs = -(V1+V2) SI Sciences de l Ing nieur B - FONCTION DU PRODUIT B 32 - CONDITIONNEMENT DU SIGNAL Fichier .