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1Module dElectronique1re partie : Electronique analogique
Fabrice Sincre ; version
3.0.6http://pagesperso-orange.fr/fabrice.sincere
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2Sommaire du chapitre 2 : Lamplificateur oprationnel
Introduction : les circuits intgrs
1- Lamplificateur oprationnel1-1- Brochage1-2- Symboles1-3-
Alimentation
2- Caractristiques lectriques2-1- Courants dentre2-2- Tension
diffrentielle dentre2-3- Caractristique de transfert2-4- Courant de
sortie2-5- Raction positive et contre-raction
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3Sommaire du chapitre 2 : Lamplificateur oprationnel
3- Lamplificateur oprationnel en rgime linaire3-1- Montage
amplificateur de tension
3-1-1- Introduction3-1-2- Montage amplificateur inverseur
3-2- Fonctions mathmatiques3-2-1- Montage additionneur non
inverseur 3-2-2- Montage soustracteur
4- Lamplificateur oprationnel en rgime de saturation4-1- Montage
comparateur simple4-2- Montage comparateur deux seuils ou trigger
de Schmitt ou comparateur hystrsis
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4Chapitre 2Lamplificateur oprationnel
Introduction : les circuits intgrs
Un C.I. est un circuit lectronique miniaturis, principalement
constitu de transistors.
1958 : 1er C.I. (Texas Instruments, Jack Kilby)
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5 Loi de Moore
Le nombre de composants par circuit intgr double tous les deux
ans.
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61- LAmplificateur Oprationnel (A.O.)
Il sagit dun C.I. analogique multifonctions .
Exemple : A741 (Texas Instruments)
Il se prsente sous la forme dun botier 8 broches (DIL 8) :
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71-1- Brochage
LA.O. possde :
deux entres :
broche IN+ (ou e+) : entre non inverseuse broche IN- (ou e-) :
entre inverseuse
une sortie :
broche OUT (ou s)
deux broches dalimentation :
broche Vcc+ : alimentation en tension continue positivebroche
Vcc- : ngative
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81 mm
Schma interne du A741
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91-2- Symboles
symbole amricain :
symbole simplifi :
symbole europen :
+
+
-
VCC+
VCC-
e+
e-
s
Fig. 2c
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10
1-3- Alimentation de lA.O.
Un A.O. ncessite une alimentation constitue de deux gnrateurs de
tension continue symtriques :
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11
2- Caractristiques lectriques
2-1- Courants dentre
+
+
-
i+
i-
Fig. 4
En pratique, les courants dentre peuvent tre ngligs :
i+ 0i - 0
-
12
2-2- Tension diffrentielle dentre :
Dfinition :
La tension diffrentielle dentre est la diffrence de potentiels
entre lentre non inverseuse et lentre inverseuse.
= v+ - v-
-
13
2-3- Caractristique de transfert : vS()
La tension de sortie dpend directement de la tension
diffrentielle dentre :
+
+
-
vS
Fig. 6a
On distingue trois zones :
zone de linarit : 0 V ; Vsat- < vS < Vsat+ zone de
saturation haute : > 0 V ; vS = Vsat+ basse : < 0 V ; vS =
Vsat-
Remarque : si Vcc = 15 V : Vsat est de lordre de 14 V.
-
14
2-4- Courant de sortie
La sortie se comporte comme un gnrateur de tension.
|iS max| est faible : de lordre de 25 mA pour le A741
+
+
-
iS
vS
Fig. 7
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15
2-5- Raction positive et contre-raction
Dfinitions :
On dit quil y a raction positive quand la sortie est relie
lentre non inverseuse.
On dit quil y a contre-raction (ou raction ngative) quand la
sortie est relie lentre inverseuse.
-
16
Consquences importantes :
Une contre-raction assure un fonctionnement linaire de lA.O. : 0
V
Exemple : montage suiveur de tension
Loi des branches :uS = uE - LA.O. possde une contre-raction 0
VFinalement : uS = uE
Une raction positive provoque la saturation de lA.O.
-
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3- LA.O. en rgime linaire
LA.O. doit avoir une contre-raction (condition ncessaire mais
pas toujours suffisante).On sait quen rgime linaire : 0 V
3-1- Montage amplificateur de tension
3-1-1- Introduction
Par dfinition, lamplification en tension est :
entre'd tensionsortie de tensionA v =
-
18
Par dfinition, le gain en tension est :
Gv =20 log10 |Av| (en dcibels dB)
Tableau 1
-60+601000-40+40100-20+2010001
+3-31/2+6- 60,5+20- 200,1+ - 0
Attnuation(dB)
Gain Gv(dB)
Amplification |Av|
-
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3-1-2- Montage amplificateur inverseur
A.O. A741Vcc = 15 V R1= 4,7 kR2= 100 k
Cherchons la relation entre la tension dentre et la tension de
sortie :
(1) = v+ - v- = 0 (en rgime linaire)(2) v+ = 0 (entre non
inverseuse relie la masse)
(3) Appliquons le thormede Millman lentre inverseuse :
21
2
S
1
E
R1
R1
Ru
Ru
v
+
+
=
-
20
0Ru
Ru
0v2
S
1
E=+=
1
2
E
SV R
Ru
uA ==
Caractristique de transfert uS(uE)
+=
==
dB 6,26G
3,217,4
100A .N.A
V
V
-
21
fonctionnement en rgime linaire :
uS est proportionnelle uE :
AV = -12 ,62 / 0,6063 = -20,8
niveau dentre trop important : la sortie sature
fonctionnement en saturation :
-
22
2uu
R1
R1
Ru
Ru
v 2E1E
2E1E+
=
+
+=+
3-2- Fonctions mathmatiques
3-2-1- Montage additionneur non inverseur
(1) = v+ - v- = 0 (rgime linaire)(2) Appliquons le thorme de
Millman lentre e+:
(3) Appliquons la formule du diviseur de tension lentre e- :
2u
uRR
Rv SS =+
=
uS = uE1 + uE2
-
23
3-2-2- Montage soustracteur
2uu
R1
R1
Ru
Ru
v S2ES2E
+=
+
+=
2u
uRR
Rv 1E1E =+
=+
En rgime linaire : v+ = v-uS = uE1 - uE2
-
24
4- LA.O. en rgime de saturation
LA.O. ne possde pas de contre-raction.La sortie de lA.O. peut
prendre deux tats : Vsat+ si > 0 V
ou Vsat- si < 0 V
4-1- Montage comparateur simple
comparateur simple non inverseur
A.O. A741Vcc = 15 V
Eref = +5 V
-
25
Caractristique de transfert uS(uE)
Loi des branches : = uE - Eref
si uE > Eref alors > 0 et uS=Vsat+ si uE < Eref alors
< 0 et uS=Vsat-
Le niveau dentre (uE = Eref) qui provoque le basculement de la
sortie est appel tension de seuil.
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26
Ce montage compare la tension dentre une tension de rfrence
(Eref).Ltat de la sortie donne le rsultat de la comparaison.
Fig. 12c :
-
27
4-2- Montage comparateur deux seuils ou trigger de Schmitt ou
comparateur hystrsis
Exemple dapplication : rgulation de tempratureT > 20 C : on
coupe le chauffageT < 18 C : on met le chauffage
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28
Trigger non inverseur symtrique
A.O. A741Vcc = 15 V
R1= 10 kR2= 47 k
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Ce montage possde deux tensions de seuil : UB et UH
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30
Caractristique de transfert uS(uE)
si uE > UH alors > 0 et uS=Vsat+ si uE < UB alors <
0 et uS=Vsat-si UB < uE < UH : phnomne dhystrsis
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31
Calcul des tensions de seuil
A linstant du basculement de la sortie : = 0 V
v+ = 0
Thorme de Millman :
21
2
S
1
E
R1
R1
Ru
Ru
v
+
+
=+ S2
1E uR
Ru =
=== VsatRRUu Vsatu si
2
1HES
+==+= VsatRRUu Vsatu si
2
1BES
V 3)14(4710U
V 3)14(4710U .N.A
B
H
+
+
