14/10/2013 AMPLIFICATEURS OPÉRATIONNELS 1 GPA667 CONCEPTION ET SIMULATION DE CIRCUITS...

14/10/2013AMPLIFICATEURS OPÉRATIONNELS1

GPA667GPA667

CONCEPTION ET SIMULATION

DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES

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CIRCUITS COMPOSÉS CIRCUITS COMPOSÉS

Sources de courant

Source de courant (Miroir)

Amplificateur différentiel

Amplificateur opérationnel

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SOURCES DE COURANTSOURCES DE COURANT

Transistors FET

I = IDSS

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SOURCES MIROIRSSOURCES MIROIRS

Transistors BJT

+vcc

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SOURCES MIROIRSSOURCES MIROIRS

Transistors BJT

+vcc

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AMPLI. OPÉRATIONNELS AMPLI. OPÉRATIONNELS

Ampli. Op. : Définitions

I au noeuds d’entrée = 0

Masse virtuelle

Paramètres C.C : VIO, IIB, IIO, Paramètres C.A : AD, AC, CMRR, GBW,

SR

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AMPLI-OPÉRATIONNELAMPLI-OPÉRATIONNEL

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AMPLI-OPÉRATIONNELAMPLI-OPÉRATIONNEL Entrées : Vi1, Vi2

Entrée en mode différentiel, Vd

Entrée en mode commun, Vc

Tension de sortie, Vo

Ad : gain différentiel,

Ac : gain mode commun

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AMPLI-OPÉRATIONNELAMPLI-OPÉRATIONNEL

CMRR = Ad/Ac

CMRR (dB) = 20 log Ad/Ac

Le CMRR est très élevé ( 90 dB)Le courant qui entre dans chacune

des entrées est négligeable ( 0)Le gain Ad est très grand ( 200,000 )

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AMPLI-OPÉRATIONNELAMPLI-OPÉRATIONNEL

Pour résoudre tous les circuits avec AMPLI-OP en mode linéaire, il faut retenir 2 règles qui découlent des caractéristiques de l’ampli-op.

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AMPLI-OPÉRATIONNELAMPLI-OPÉRATIONNEL

Règle 1 ( I+ = I- 0 )

La somme des courant aux nœuds d’entrée ( + et - ) = 0

Règle 2 ( Ad très grand et Vo )

La différence entre les deux tensions d’entrée, V+ et V- est très faible. On a pratiquement V+ V-.

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AMPLI-OPÉRATIONNELAMPLI-OPÉRATIONNELLa règle 2 permet d’introduire la notion de masse virtuelle. Quand l’entrée V+ est à la masse ( 0V ), on a V- 0 V. On dit que V- se comporte comme une masse virtuelle. V- n’est pas à la masse mais sa tension est presque OV. Si Ad = 20,000 et V1 = 1V alors Vi = 0.5 mV.

V-

V1

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CIRCUITS DE BASECIRCUITS DE BASE

INVERSEURNON INVERSEURSUIVEURSOMMATEUR INTÉGRATEURDÉRIVATEUR

Vous avez déjà vu ces circuits de base en GPA325

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AMPLI-OP PRATIQUEAMPLI-OP PRATIQUE

PARAMÈTRES C.C.

Tension de décalage à l’entrée VIO

Courant de polarisation à l’entrée IIB

Courant de décalage à l’entrée IIO

Tension de décalage à la sortie VO(offset)

VO(offset) = VO(offset VIO) + VO(offset IIO)

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AMPLI-OP PRATIQUEAMPLI-OP PRATIQUEVO(offset VIO) :

Tension de décalage à la sortie due à VIO

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AMPLI-OP PRATIQUEAMPLI-OP PRATIQUEIIB :

Courant de polarisation à l’entrée

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AMPLI-OP PRATIQUEAMPLI-OP PRATIQUEVO(offset IIO) :

Tension de décalage à la sortie due à IIO

RC = R1 Rf

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AMPLI-OP PRATIQUEAMPLI-OP PRATIQUE

PARAMÈTRES C.A. ou DYNAMIQUE

Produit Gain-Largeur de bande ou « Gain BandWidth Product » GBW

Taux de montée, Slew Rate (SR)

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PRODUITPRODUITGAIN-LARGEUR DE BANDEGAIN-LARGEUR DE BANDE

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PRODUITPRODUITGAIN-LARGEUR DE BANDEGAIN-LARGEUR DE BANDE

À basse fréquence, le gain de l’ampli-op est AVD jusqu’à la fréquence de coupure fC.

La fréquence f1 est la fréquence pour laquelle AVD = 1 À partir de fC, le gain AVD diminue avec une pente de 20

dBdécade ou 6 dB octave. On a une décade entre f1 et f2 si f2 = 10 f1. On a un octave entre f1 et f2 si f2 = 2 f1.

Le produit fC x AVD = f1 x 1 = constante et s’appele :

Produit Gain x Largeur de bandeou « Gain Bandwith Product »

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Taux de montée SRTaux de montée SR« SLEW-RATE »« SLEW-RATE »

Un ampli-op pratique possède une limite supérieure quant au taux de variation de sa tension de sortie en V/uS.

Cette limite supérieure s’appelle le SR de l’ampli-op.

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Taux de montée SRTaux de montée SR« SLEW-RATE »« SLEW-RATE »

Si le signal de sortie est élevé, la fréquence maximale qui peut être amplifiée sans distorsion sera plus basse.

Par contre, si le signal de sortie est faible, la fréquence maximale qui pourra être amplifiée sans distorsion sera plus élevée.

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Taux de montée SRTaux de montée SR« SLEW-RATE »« SLEW-RATE »

Si le signal est sinusoïdal et d’amplitude K, la fréquence maximale f ou la fréquence angulaire dépendra du SR selon :

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AMPLI-OP uA741 ou équiv.AMPLI-OP uA741 ou équiv.CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES

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AMPLI-OP uA741 ou équiv.AMPLI-OP uA741 ou équiv.NOTICE TECHNIQUE

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AMPLI. DIFFÉRENTIELAMPLI. DIFFÉRENTIEL

R4

R2

R1

R3

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AMPLI. DIFFÉRENTIELAMPLI. DIFFÉRENTIEL

Si les résistances sont égales, Vo = V1 – V2

R

R

R

R

V1

V2

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AMPLI. DIFFÉRENTIELAMPLI. DIFFÉRENTIELEn pratique, il est difficile d’avoir 4 résistances égales ou du moins avec des rapports (R1 : R3) et (R2 : R4) égaux. De plus l’impédance d’entrée est limitée par la valeur des résistances qui ne peut pas être très grande. En pratique, on peut difficilement avoir des résistances supérieures à 1 M sans produire une tension de décalage à la sortie.

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AMPLI. NON INVERSEURAMPLI. NON INVERSEUR

Pour augmenter l’impédance d’entrée, on choisit la connexion non inverseur. On a le cas particulier d’un ampli. suiveur lorsque Rf = 0 et R1 = . L’impédance est élevée parce que le courant d’entrée est de l’ordre de grandeur du courant de polarisation soit quelques nA.

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AMPLI. SUIVEURAMPLI. SUIVEUR

Vo/V1 = 1.

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AMPLI. INSTRUMENTATIONAMPLI. INSTRUMENTATION

En combinant deux ampli. non inverseur à haute impédance d’entrée, on peut obtenir deux entrées et deux sorties différentielles. Par la suite, on transforme le signal de sortie différentiel en un signal unipolaire par rapport à la masse en utilisant un ampli. Différentiel. L’ensemble produit ce que l’on appelle un ampli. d’instrumentation.

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AMPLI. INSTRUMENTATIONAMPLI. INSTRUMENTATION

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AMPLI. INSTRUMENTATIONAMPLI. INSTRUMENTATION

On peut réaliser un ampli. d’instrumentation avec des composants discrets mais pour plus de précision, les composants sont intégrés. Il est alors facile d’obtenir des résistances R d’égales valeurs. La résistance RP se situe habituellement à l’extérieur du boîtier et elle permet de fixer le gain de l’ampli. À la valeur désirée.

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Millivoltmètre C.C.Millivoltmètre C.C.

Conversion TENSION - COURANT