prof. Jacques Lepot
AMPLIFICATEURS OPÉRATIONNELS (AOP)
SYMBOLE
sans alimentations

avec alimentations
aze

CE QU'IL FAUT SAVOIR

- La tension de sortie Us de l'AOP est en relation directe avec la différence de potentiel Ue
présente entre les deux entrées + et -.

- Ses entrées inverseuse et non-inverseuse ont une impédance très élevée(>10Mohm)
Cette caractéristique fait que les entrées ne prélèvent quasiment aucun courant au circuit auquel elles sont raccordées.Mais attention, ce sont les composants additionels qui déterminent l'impédance d'entrée.

- Sa sortie possède une impédance très basse, de quelques ohms à quelques dizaines d'ohms

- Le gain d'un AOP "tout nu" est extrêmement élevé (plusieurs centaines de milliers). Mais en pratique, le gain est ramené à des valeurs de 1 à1000 en utilisant une résistance de contre-réaction et quelques composants additionnels.

- Sa bande passante correspond à la plage de fréquence dans laquelle l'AOP peut travailler. Elle est souvent exprimée sous forme de "produit gain-bande" (GBWP).
Il faut diviser cette valeur, donnée dans les datashee,t par la fréquence maximum que l'on désire utiliser pour obtenir le gain maximum réalisable.

- Beaucoup d'AOP sont conçus pour être alimentés de préférence avec une alimentation symétrique (alimentation double, une positive à relier à la broche +V, et une négative à relier à la broche -V et la masse).Et la plupart des schémas théoriques sont décrits de cette manière.Comme il est très peu pratique pour de petits appareils portables d'utiliser une alimentation double, certains modèles d'AOP se contentent néanmoins d'une alimentation simple (borne positive de l'alimentation à relier à la broche +V, et la masse à relier à V-).
LES CONFIGURATIONS UTILES
Montage non-inverseur

    aop

On obtient aisément la relation de transfert en tension : Vout = Vin * (1 + R1/R2)

Remarques:
- Le gain est positif : la sortie varie dans le même sens que l'entrée
- Le gain est toujours > 1
- L'impédance d'entrée du montage est celle de l'amplificateur opérationnel, très grande en pratique.

 

Montage inverseur

    aop

L'entrée inverseuse est appelée masse virtuelle, car elle reste, dans ce montage, à un potentiel nul sans pour autant être connectée à la masse.
On obtient aisément la relation de transfert en tension : Vout = - Vin * ( R2/R1 )
Remarques :
- Le gain est toujours négatif
- L'impédance d'entrée du montage est R1

Suiveur de tension (gain = 1)

Le suiveur de tension est typiquement utilisé dans un circuit où l'on cherche à "découpler" les impédances, c'est à dire à empêcher une impédance de source de constituer avec une impédance de charge un diviseur de tension.

    aop

Caractéristiques du suiveur : U0 = Ui

- Gain unité
- Impédance d'entrée infinie (très grande)
- Impédance de sortie nulle.

Sommateur

Il permet de réaliser la somme pondérée de plusieurs tensions, ici 3 tensions U1, U2 et U3

On a : Us = - R (U1/R1 + U2/R2 + Un/Rn) et Zn = Rn

Conversion courant-tension

Le montage est le suivant, une source de tension injecte un courant Is dans l'entrée -. La tension de sortie U0 est proportionelle à ce courant

Conversion tension-courant

Le courant I traversant la charge est donné par : I = (U2 - U1) / R2

Amplificateur différentiel

Il permet d'amplifier une différence de tension (et pas une tension par rapport à la masse), utile pour amplifier le signal Vg entr D et B sortant d'un pont deWheatstone par exemple.

pont

En appliquant le principe de superposition, on obtient la tension de sortie : U0 = (U2-U1) . (R2/R1).
Impédances d'entrées: R1 pour U1 et R1+R2 pour U2

Intégrateur ou filtre passe bas d'ordre 1

Le montage est le suivant, notez que c'est un ampli inverseur ou la résistance de contreréaction est remplacée par un condensateur, c'est à dire un élément dont l'impédance diminue quand la fréquence augmente.
Différentiateur ou filtre passe haut d'ordre 1

Le montage est le suivant, même remarque mais c'est l'autre résistance qui est remplacée par le condensateur

Filtre passe bas ordre 2

aop

Filtre passe haut ordre 2

aop



LEQUEL CHOISIR

 

Il n'est pas toujours évident de choisir un AOP pour une application donnée. Certains paramètres sont plus importants que d'autres dans telle situation, alors que leur importance devient moindre dans telle autre situation.
Vous pouvez choisir un AOP en fonction de sa consommation, de son niveau de bruit propre, de sa bande passante, de son slew-rate (temps de montée, qui détermine sa capacité à passer rapidement d'une valeur à une autre), de la tension d'alimentation maximale qu'il peut supporter, du courant de sortie qu'il est capable de débiter ou d'absorber, etc.
Pour un usage classique, vous pouvez par exemple commencer à vous orienter vers des circuits de la famille TL08x (TL081, TL082 ou TL084). Vous souhaitez des circuits qui "soufflent" un peu moins ? Regardez alors du côté de la série des TL07x. Votre priorité est une faible consommation ? Allez donc vous renseigner sur la série TL06x.
Vous devez impérativement opérer avec une alimentation simple LM358 ou MCP602, par exemple.
Le courant d'entrée doit être le plus faible possible ? Le CA3130 fera peut-être l'affaire.

 

QUESTIONS REPONSES

Q : Dans aucun des schémas présentés, on ne voit la masse directement raccordée à une broche de masse sur l'AOP. S'agit-il d'un oubli ?
R : Les AOP ne disposent pas de broche de masse, et il est vrai que cela peut sembler curieux puisqu'ils ont deux broches réservées pour leur alimentation. La masse peut cependant être reliée à la broche d'alimentation -V si l'alimentation est de type simple (par opposition à l'alimentation double). Mais dans ce cas, l'AOP n'est plus en mesure de délivrer de tensions négatives.

Q : Mais pourquoi donc la plupart des AOP nécessitent-ils une alimentation double pour fonctionner correctement ? Une alimentation simple est tout de même plus simple à construire !
R : Les AOP ont été conçus pour travailler au dessus et en dessous de 0V. Dans le domaine audio, cela permet par exemple de se passer de condensateur de liaison. Ceci dit, n'importe quel AOP moderne est capable de travailler avec une alimentation simple. Mais les montages présentés ci dessus doivent être légèrement modifiés

Q : Quand on utilise une tension symétrique, est-il obligatoire que la tension positive soit de même valeur que celle de la tension négative ?
R : Ce n'est pas obligatoire quand la plage de fonctionnement souhaitée dans la partie négative n'est pas la même que celle demandée dans la partie positive.
EXEMPLES