Amplificateur opérationnel/Introduction sur l'amplificateur opérationnel

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L'amplificateur opérationnel, souvent appelé ampli op ou AO, est un circuit intégré qui offre un gain extrêmement élevé de la différence de potentiel entre ses deux entrées. L'une de ses entrées est appelée entrée inverseuse et l'autre est appelée entrée non inverseuse. Il y a seulement une sortie. L'impédance des deux entrées est très élevée, et inversement, celle de la sortie est très faible. En Europe, le symbole standard d'un amplificateur opérationnel est :

Ne sont pas indiquées sur ce schéma les deux bornes d'alimentation du circuit. Sur les schémas fonctionnels, elles sont rarement dessinées, mais en pratique, elles doivent être connectées à une alimentation. Celle-ci peut être unipolaire ou bipolaire suivant l'application voulue.

Sommaire 1 Note historique 2 Comportement simplifié 2.1 Amplificateur réel 2.2 Amplificateur idéal 3 Montage pratique 3.1 Volmètre à Bar-graph 3.2 Convertisseur analogique / numérique 3.3 l'équivalent d'un NE555

[modifier] Note historique

Cet amplificateur est appelé amplificateur opérationnel parce qu'il est à l'origine conçu pour faire des opérations mathématiques dans des systèmes informatiques analogiques (addition de tensions...). De nos jours, seuls quelques périphériques informatiques ont des interfaces analogiques. Il est maintenant seulement utilisé dans les circuits analogiques.

[modifier] Comportement simplifié

Le modèle le plus simple décrit la fonction de transfert d'un amplificateur opérationnel avec la relation suivante : la tension de sortie (V_s ou V_sortie) est A (Gain d'amplification) fois plus importante que la différence entre la tension v⁺ de l'entrée non inverseuse et la tension v⁻ de l'entrée inverseuse : .

Les fabricants ont quelques difficultés à obtenir un gain d'amplification donné. En réalité, ce gain n'est pas constant, mais varie en fonction de la fréquence des signaux. Néanmoins, pour les basses fréquences (quelques Hz), A a une valeur relativement constante.
Cette caractéristique est très intéressante, comme nous allons le voir.

[modifier] Amplificateur réel

De façon générale, il est très difficile de créer un modèle pour décrire le comportement réel d'un amplificateur opérationnel, car chaque fabricant aura sa spécificité, mais on peut généraliser avec ces indications :

• au niveau des tensions d'entrée, en fonctionnement linéaire :
• au niveau des courants d'entrée : i ⁺ = i ⁻ < 10 ^{− 5}A
• au niveau de la fonction de transfert : A > 10⁴, soit un gain de 80 dB minimum

[modifier] Amplificateur idéal

Afin de simplifier les calculs, on peut idéaliser l'amplificateur opérationnel avec les simplifications suivantes :

• au niveau des tensions d'entrée : v ⁺ − v ⁻ = ε = 0
• au niveau des courants d'entrée : i ⁺ = i ⁻ = 0
• au niveau de la fonction de transfert :

Bien entendu, il faut à tout moment vérifier la validité de ces simplifications dans les calculs.

[modifier] Montage pratique

[modifier] Volmètre à Bar-graph

[modifier] Convertisseur analogique / numérique

[modifier] l'équivalent d'un NE555