Montages de base de l'amplificateur opérationnel

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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 typiquement 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 linéaire[modifier | modifier le code]

Amplificateur différentiel[modifier | modifier le code]

Amplificateur différentiel (normes européennes).

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

 V_\mathrm{s} = V_2 \left( { \left( R_\mathrm{f} + R_1 \right) R_\mathrm{g} \over \left( R_\mathrm{g} + R_2 \right) R_1} \right) - V_1 \left( {R_\mathrm{f} \over R_1} \right)


  • Quand R_1 = R_2 et R_\mathrm{f} = R_\mathrm{g},
 V_\mathrm{s} = {R_\mathrm{f} \over R_1} \left( V_2 - V_1 \right)
  • Quand R_1 = R_\mathrm{f} et R_2 = R_\mathrm{g}, on obtient la fonction soustracteur :
 V_\mathrm{s} =  V_2 - V_1

Amplificateurs de tension[modifier | modifier le code]

Amplificateur inverseur[modifier | modifier le code]

Amplificateur inverseur (normes européennes).
 V_\mathrm{s} = - V_\mathrm{e} \left ( {R_\mathrm{2} \over R_\mathrm{1}} \right)

Amplificateur non inverseur[modifier | modifier le code]

Amplificateur non inverseur (normes européennes).
 V_\mathrm{s} = V_\mathrm{e} \left ( 1 + {R_2 \over R_1} \right)

Convertisseur courant à tension[modifier | modifier le code]

Convertisseur courant/tension (normes européennnes)
V_\mathrm{s} = -I_\mathrm{e} \ R_\mathrm{f}
  • Aussi appelé Amplificateur à transimpédance ou amplificateur à transrésistance car le rapport de la sortie sur l'entrée  \left ( {V_\mathrm{s} \over I_\mathrm{e}} \right) donne une valeur de résistance.

Suiveur[modifier | modifier le code]

Suiveur (normes européennnes)
 V_\mathrm{s} = V_\mathrm{e} \!\
Z_\mathrm{e} = \infin
  • 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 Inverseur[modifier | modifier le code]

Sommateur (normes européennes).

Additionne plusieurs entrées pondérées

 V_\mathrm{s} = - R_\mathrm{f} \left( { V_1 \over  R_1 } + { V_2 \over R_2 } + \cdots + {V_n \over R_n} \right)
  • Quand R_1 = R_2 = \cdots = R_n
 V_\mathrm{s} = - \left( {R_\mathrm{f} \over R_1} \right) (V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\
  • Quand R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_\mathrm{f}
 V_\mathrm{s} = - ( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\
  • La sortie est inversée.
  • L'impédance d'entrée Z_n = R_n, pour chaque entrée (V^- est une masse virtuelle).

Soustracteur[modifier | modifier le code]

Voir « Amplificateur différentiel ».

Intégrateur[modifier | modifier le code]

Intégrateur (normes européennes).

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

 V_\mathrm{s}(t) = - \left ({1 \over RC} \right)\int {V_\mathrm{e}(t)dt}
  • En ajoutant une résistance R' aux bornes du condensateur, on obtient un comportement intégrateur sur une bande de fréquence limitée de 0 à f_c=1/(2\pi R'C) (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.


Dérivateur[modifier | modifier le code]

Dérivateur (normes européennes).

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

 V_\mathrm{s}(t) = - RC \frac{dV_\mathrm{e}(t)}{dt}
  • 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'instrumentation[modifier | modifier le code]

Amplificateur d'instrumentation (normes européennes).
 V_\mathrm{s} = \left (1 + {2R \over R_\mathrm{gain}} \right)(V_2 - V_1)

Le gain est réglable à l'aide d'une seule résistance R_\mathrm{gain} 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'inductance[modifier | modifier le code]

Simulateur d'inductance.

L'impédance équivalente de ce montage est définie par :

Z_{eq}(\omega)=R_2\frac{1+jR_1C\omega}{1+jR_2C\omega}

les deux fréquences de coupures de ce montage sont :

f_1=\frac{1}{2 \Pi R_2C} et f_2=\frac{1}{2 \Pi R_1C}
  • Ce type de montage est aussi appelé gyrateur.

Impédance négative[modifier | modifier le code]

Impédance négative (normes européennes).
R_{in} = \frac{V_s}{I_s} = - R_3 \frac{R_1}{R_2}

Redresseur simple alternance sans seuil[modifier | modifier le code]

Redresseur simple alternance sans seuil.

Ce montage se comporte comme une diode idéale.

Détecteur de valeur crête[modifier | modifier le code]

Détecteur de crête (normes européennes).

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

Amplificateur logarithmique[modifier | modifier le code]

Amplificateur logarithmique (normes européennes).
v_s = -V_{\gamma} \ln \left( \frac{v_e}{I_\mathrm{S} \cdot R} \right)

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

Amplificateur exponentiel[modifier | modifier le code]

Amplificateur exponentiel (normes européennes).
v_s = - R I_\mathrm{S} e^{v_e \over V_{\gamma}}

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

Circuits en mode non-linéaire[modifier | modifier le code]

Comparateur[modifier | modifier le code]

Comparateur (normes européennes).
  •  V_\mathrm{s} = \left\{\begin{matrix} V_\mathrm{S+} & V_1 > V_2 \\ V_\mathrm{S-} & V_1 < V_2 \end{matrix}\right.

Comparateur à deux seuils ou trigger de Schmitt[modifier | modifier le code]

Comparateur à deux seuils non inverseur[modifier | modifier le code]

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

Tension de basculement positif :  V_\mathrm{T^+} = V_\mathrm{cc} \left ( {R_1 \over R_2} \right)
Tension de basculement négatif :  V_\mathrm{T^-} = - V_\mathrm{cc} \left ( {R_1 \over R_2} \right)
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 inverseur[modifier | modifier le code]

Trigger de Schmitt inverseur (normes européennnes).

Tension de basculement positif :  V_\mathrm{T^+} = - V_\mathrm{cc} \left ( {R_1 \over R_1 + R_2} \right)
Tension de basculement négatif :  V_\mathrm{T^-} = V_\mathrm{cc} \left ( {R_1 \over R_1 + R_2} \right)
T pour threshold, signifiant seuil.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

En français[modifier | modifier le code]

  • J.F. Gazin, Manuel d'applications C.I.L., tome I, Les amplificateurs opérationnels, Thomson-CSF-Sescosem,‎ 1971, 188 p.
  • Michel Girard, Amplificateurs Opérationnels, vol. 1 : Présentation, Idéalisation, Méthode d'étude, McGraw-Hill,‎ 1989 (ISBN 2704211949).
  • Michel Girard, Amplificateurs Opérationnels, vol. 2 : Technologie, Caractéristique, Utilisation, McGraw-Hill,‎ 1989 (ISBN 2704211868).
  • Paul Horowitz, Winfield Hill, Traité de l’électronique analogique et numérique [« The Art of Electronics »], vol. 1 : Techniques analogiques, Publitronic,‎ 1996 (ISBN 2866610709).
  • Tien Lang Tran, Électronique analogique des circuits intégrés, Masson,‎ 1997 (ISBN 2225853061).
  • Albert Paul Malvino, David J. Bates, Principes d’électronique [« Electronic principles »], Dunod,‎ 2002 (ISBN 210005810X)
    6 ème édition (traduction de la 6 ème édition de l’ouvrage anglais).

En anglais[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens internes[modifier | modifier le code]

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Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]