Les Amplificateurs Opérationnels, ou “Ampli Op”, sont des amplificateurs linéaires

Rapide introduction pratique aux amplis OP (autre explication)

COURS VIDÉOS AVANCÉS SUR L’AMPLI OP

Pas nécessaire pour le certificat mais intéressant à savoir.

Les bases pour le certificat RA

Ils se représentent sous forme de triangle dont la pointe est la sortie. Ce sont des circuits intégrés où, parfois, deux ou plusieurs amplificateurs opérationnels cohabitent dans le même composant. Un amplificateur opérationnel possède deux entrées : une normale (+) et une inverseuse (–) et une sortie différentielle (δ lettre grecque delta minuscule signifiant « variation » en mathématique).

Les amplificateurs opérationnels ont une impédance d’entrée infinie et une impédance de sortie, théoriquement nulle

Une impédance faible d’entrée implique qu’aucun courant ne circule dans les entrées. L’impédance de sortie, théoriquement nulle, est très faible. Le gain en tension (noté G) est infini : la moindre différence de potentiel entre les deux entrées fait basculer la tension de sortie vers la valeur + ou – de l’alimentation (ou les tensions d’offset). Si la tension présente sur l’entrée – est inférieure à celle présente sur l’entrée +, la sortie sera au reliée à Alim + (ou Offset +). Dans le cas contraire, la sortie sera reliée à Alim –.

Le montage fondamental est représenté ci-dessous

Le signal est appliqué à l’entrée inverseuse. Le montage fait appel à une contre-réaction grâce à la résistance R2. La tension au point N est stabilisée par rapport à la tension au point P. L’alimentation du circuit n’est pas représentée, comme c’est souvent le cas dans les schémas.

Lorsque la tension du signal d’entrée UE est positive, la tension UN est aussi positive et est supérieure à UP (= 0 V). UN étant appliqué à l’entrée négative de l’amplificateur opérationnel, la sortie sera reliée au – de l’alimentation. Cette tension négative en S va, par la contre-réaction de R2, diminué la tension en UN et lorsque UN atteindra une valeur inférieure à UP, la sortie basculera vers le + de l’alimentation du circuit, ce qui, par la contre-réaction de R2, fera augmenter UN. Le système se stabilisera autour de la tension UP avec UP = UN = 0 V (masse ou tension de référence). Ce montage ne fonctionne que si l’amplificateur opérationnel est alimenté en + et en – (par exemple en +5 V et en –5 V). En alimentant l’amplificateur opérationnel « classiquement » entre une tension de 12 volts et la masse, la tension de référence (au point P) ne sera plus 0 V mais une tension intermédiaire (5 V par exemple) générée par un pont de résistances.

Dans la résistance d’entrée R1, située entre E et N, on a IR1 = UE / R1 puisque UN = 0. L’impédance d’entrée de l’amplificateur opérationnel est infinie (Ie- = 0), donc IR1 = IR2. La sortie S du montage sera à la tension UR2 = UE x (– R2 / R1) = US. Le gain en tension est donc négatif et est égal à : G = – (R2 / R1). Il n’y a pas de gain en intensité (IE = IR1 = IR2 = IS). On pourra aussi utiliser les triangles ci-dessous comme pour la loi d’Ohm. Cependant, il faut faire attention au signe négatif de la résistance R2 (contre-réaction) dans les triangles avec R. Le gain est ici un coefficient multiplicateur avec inversion de phase et ne doit pas être exprimé en dB.

Exemples

Quel est le gain du montage ci-dessus ?

Réponse

gain = – R2 / R1

= – 25k / 5000

= – 25000 / 5000

= – 5

Un amplificateur opérationnel est monté en inverseur. Le gain du montage est de –3 avec une résistance à l’entrée (R1) de 10 000 ohms.

Quelle est la valeur de la résistance de contre-réaction (R2) ?

Réponse

  R2 = – (G x R1) = – [( –3) x 10 000] = 3 x 10 000 = 30 kΩ

Dans le montage ci-dessous :

Quelle est la tension de sortie ?

Réponse

gain = – R2 / R1 = – 500 / 100 = – 5

Tension de sortie = tension d’entrée x gain

= – 0,5 V x (– 5) = + 2,5 V

ou US = – UE x (R2 / R1)

= – [(– 0,5 V) x (500 / 100)] = + 2,5 V

Attention : ceci n’est valable que si les impédances d’entrée et de sortie sont identiques.

Autres montages a connaitre pour l’examen

A RETENIR : Quelques exemples ci-dessus mais seuls les montages précédents sont au programme de l’examen.

Toutefois, quelques questions ont été recensées sur le montage non inverseur dont le gain est : G = (R2 / R1) + 1 (ou encore G = (R2 + R1) / R1 qui donne le même résultat)