Montages de base de l'amplificateur opérationnel

La représentation électrique d'un amplificateur opérationnel varie suivant les pays.

Les applications de l'amplificateur opérationnel sont divisées en deux grandes catégories suivant la nature de la contre-réaction :

si elle s'opère sur l'entrée inverseuse (entrée –), la contre-réaction est dite négative ce qui engendre un fonctionnement du système en mode linéaire ;
si elle s'opère sur l'entrée non inverseuse (entrée +), la contre-réaction est dite positive et a tendance à accentuer l'instabilité de la sortie qui part vers l'une des tensions de saturation. Le fonctionnement est alors en mode comparateur.

Un dernier ensemble de montages regroupe les structures mixtes ou spéciales : double contre-réaction ou insertion de composants particuliers. Dans ce cas, on ne peut pas, a priori, établir un type de fonctionnement.

Les résistances utilisées dans les schémas de cet article sont de l'ordre du kΩ. Des résistances de moins d'un kΩ nécessiteraient trop de courant et pourraient endommager l'amplificateur. Des résistances de plus d'un MΩ engendreraient trop de bruit thermique et des erreurs significatives dues aux courants de polarisation.

Circuits en mode linéaire

Amplificateur différentiel

Fichier:Opamp-differential eu.svg

Amplificateur différentiel (normes européennes).

La sortie est proportionnelle à la différence des signaux appliqués aux deux entrées.

V_{s} = V_{2} (\frac{(R_{f} + R_{1}) R_{g}}{(R_{g} + R_{2}) R_{1}}) - V_{1} (\frac{R_{f}}{R_{1}})

Quand $\frac{R_{f}}{R_{1}} = \frac{R_{g}}{R_{2}}$ ,

V_{s} = \frac{R_{f}}{R_{1}} (V_{2} - V_{1})

Quand $R_{1} = R_{f}$ et $R_{2} = R_{g}$ , on obtient la fonction soustracteur :

V_{s} = V_{2} - V_{1}

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Amplificateurs de tension

Amplificateur inverseur

Le signal en sortie est en opposition de phase par rapport au signal d'entrée.

Fichier:Aopinverting.svg

Amplificateur inverseur (normes européennes).

V_{s} = - V_{e} (\frac{R_{2}}{R_{1}})

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Amplificateur non inverseur

Fichier:Aopnoninverting.svg

Amplificateur non inverseur (normes européennes).

V_{s} = V_{e} (1 + \frac{R_{2}}{R_{1}})

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Convertisseur courant à tension

Fichier:Opamp-current-to-voltage.svg

Convertisseur courant/tension (normes européennes)

V_{s} = - I_{e} R_{f}

Aussi appelé Amplificateur à transimpédance ou amplificateur à transrésistance car le rapport de la sortie sur l'entrée $(\frac{V_{s}}{I_{e}})$ donne une valeur de résistance.

Modèle:Clr

Suiveur

Fichier:Aopvoltagefollower.svg

Suiveur (normes européennes)

V_{s} = V_{e}

Z_{e} = \infty

Souvent appelé étage tampon de tension (Buffer en anglais). Grâce à son impédance d'entrée très importante et à sa faible impédance de sortie, il est destiné à permettre l'adaptation d'impédance entre deux étages successifs d'un circuit.

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Sommateur Inverseur

Fichier:Aopsumming.svg

Sommateur (normes européennes).

Additionne plusieurs entrées pondérées

V_{s} = - R_{f} (\frac{V_{1}}{R_{1}} + \frac{V_{2}}{R_{2}} + \dots + \frac{V_{n}}{R_{n}})

Quand $R_{1} = R_{2} = \dots = R_{n}$

V_{s} = - (\frac{R_{f}}{R_{1}}) (V_{1} + V_{2} + \dots + V_{n})

Quand $R_{1} = R_{2} = \dots = R_{n} = R_{f}$

V_{s} = - (V_{1} + V_{2} + \dots + V_{n})

La sortie est inversée.
L'impédance d'entrée $Z_{n} = R_{n}$ , pour chaque entrée ( $V^{-}$ est une masse virtuelle).

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Soustracteur

Voir « Amplificateur différentiel ».

Intégrateur

Fichier:Aopintegrating.svg

Intégrateur (normes européennes).

La sortie est proportionnelle à l'intégrale temporelle de la tension d’entrée.

V_{s} (t) = - (\frac{1}{R C}) \int V_{e} (t) d t

En ajoutant une résistance R' aux bornes du condensateur, on obtient un comportement intégrateur sur une bande de fréquence limitée de 0 à $f_{c} = 1 / (2 π R^{'} C)$ (filtre actif passe-bas). Notons qu'à cause des défauts de l'AO réel (voir amplificateur opérationnel – Tension de décalage et courants d'entrée), on adopte quasi-systématiquement cette solution, le comportement intégrateur se retrouvant alors pour les fréquences supérieures à la pulsation de coupure. On évite ainsi la saturation en sortie de l'AO par l'intégration de la composante continue tout en intégrant le signal périodique auquel on porte de l'intérêt.

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Dérivateur

Fichier:Aopdifferentiating.svg

Dérivateur (normes européennes).

La sortie est proportionnelle au taux de variation de la tension d’entrée.

V_{s} (t) = - R C \frac{d V_{e} (t)}{d t}

Le dérivateur est utilisé dans les systèmes de régulation pour surveiller le taux de variation de grandeurs physiques telles que par exemple la température ou la pression.
En ajoutant une résistance en série avec le condensateur, on obtient le schéma d’un filtre passe-haut.

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Amplificateur d'instrumentation

Fichier:Aopinstrumentation.svg

Amplificateur d'instrumentation (normes européennes).

V_{s} = (1 + \frac{2 R}{R_{g a i n}}) (V_{2} - V_{1})

Le gain est réglable à l'aide d'une seule résistance $R_{g a i n}$ qui peut venir se connecter aux bornes d'un circuit intégré ou autre. Ce circuit est réalisé de manière intégrée permettant ainsi une grande précision sur les résistances R ainsi qu'une très bonne stabilité thermique.

Le premier étage de l'amplificateur d'instrumentation ne génère pas d'erreur de mode commun grâce à sa symétrie. Modèle:Clr

Simulateur d'inductance

Fichier:Simulateur inductance.svg

Simulateur d'inductance.

L'impédance équivalente de ce montage est définie par :

Z_{e q} (ω) = R_{2} \frac{1 + j R_{1} C ω}{1 + j R_{2} C ω}

les deux fréquences de coupures de ce montage sont :

f_{1} = \frac{1}{2 π R_{2} C}

et

f_{2} = \frac{1}{2 π R_{1} C}

Ce type de montage est aussi appelé gyrateur.

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Impédance négative

R_{i n} = \frac{V_{s}}{I_{s}} = - R_{3} \frac{R_{1}}{R_{2}}

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Redresseur simple alternance sans seuil

Fichier:Super diode eu.svg

Redresseur simple alternance sans seuil.

Ce montage se comporte comme une diode idéale.

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Détecteur de valeur crête

Fichier:Detecteurdecrete.svg

Détecteur de crête (normes européennes).

La fonction de ce montage est de « sauvegarder » la valeur la plus élevée de $V_{e}$ .

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Amplificateur logarithmique

Fichier:Aoplogarithm.svg

Amplificateur logarithmique (normes européennes).

v_{s} = - V_{γ} \ln (\frac{v_{e}}{I_{S} R})

Attention, ce schéma est un schéma de principe : utilisé tel quel, ses caractéristiques dépendent de la température^[1]Modèle:,^[2]. Modèle:Clr

Amplificateur exponentiel

Fichier:Aopexponential.svg

Amplificateur exponentiel (normes européennes).

v_{s} = - R I_{S} e^{\frac{v_{e}}{V_{γ}}}

Attention, ce schéma est un schéma de principe : utilisé tel quel ses caractéristiques dépendent de la température. Modèle:Clr

Circuits en mode non linéaire

Comparateur

Fichier:Aopcomparator.svg

Comparateur (normes européennes).

$V_{s} = {\begin{matrix} V_{S +} & V_{1} > V_{2} \\ V_{S -} & V_{1} < V_{2} \end{matrix}$
= si (V1 > V2) ⇒ VS= +VCC / si( V1 < V2 ) ⇒ VS= -VCC

Modèle:Clr

Comparateur à deux seuils ou trigger de Schmitt ou comparateur à hystérésis

Comparateur à deux seuils non inverseur

Fichier:Aopschmitt.svg

Trigger de Schmitt non inverseur (normes européennes).

Fichier:Hysteresis sharp curve.svg

Courbe entrée sortie d'un trigger de Schmitt.

Tension de basculement positif : $V_{T^{+}} = V_{c c} (\frac{R_{1}}{R_{2}})$
Tension de basculement négatif : $V_{T^{-}} = - V_{c c} (\frac{R_{1}}{R_{2}})$

T pour Modèle:Lang, signifiant seuil.

Note : remarquez la position des entrées inverseuse et non inverseuse par rapport au montage amplificateur-inverseur.

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Comparateur à deux seuils inverseur

Fichier:Aopschmitt 2.svg

Trigger de Schmitt inverseur (normes européennes).

Tension de basculement positif : $V_{T^{+}} = - V_{c c} (\frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}})$
Tension de basculement négatif : $V_{T^{-}} = V_{c c} (\frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}})$
T pour threshold, signifiant seuil.

Modèle:Boîte déroulante Modèle:Clr

Bibliographie

En français

En anglais

Voir aussi

Liens internes

Modèle:Autres projets

Liens externes

Montages de base de l'AOP
L’amplificateur opérationnel et ses montages amplificateurs de base
Les comparateurs en électronique
Modèle:En Introduction to op-amp circuit stages, second order filters, single op-amp bandpass filters, and a simple intercom
Modèle:En Hyperphysics — descriptions of common applications
Modèle:En Single supply op-amp circuit collection Modèle:Pdf
Modèle:En Basic OpAmp Applications Modèle:Pdf
Modèle:En Texas Instruments white paper SLOA011: Understanding Operational Amplifier Specifications Modèle:Pdf
Modèle:En Texas Instruments application report: Handbook of operational amplifier applications Modèle:Pdf
Modèle:En Texas Instruments: Low Side Current Sensing Using Operational Amplifiers Modèle:Pdf

Notes et références

Modèle:Références

Modèle:Portail

↑ Modèle:En Logarithmically variable gain from a linear variable component.
↑ Modèle:En Maxim application note 3611 : Integrated DC Logarithmic Amplifiers Modèle:PDF.

[1] Modèle:En Logarithmically variable gain from a linear variable component.

[2] Modèle:En Maxim application note 3611 : Integrated DC Logarithmic Amplifiers Modèle:PDF.

[1]

[2]

Montages de base de l'amplificateur opérationnel

Sommaire

Circuits en mode linéaire

Amplificateur différentiel

Amplificateurs de tension

Amplificateur inverseur

Amplificateur non inverseur

Convertisseur courant à tension

Suiveur

Sommateur Inverseur

Soustracteur

Intégrateur

Dérivateur

Amplificateur d'instrumentation

Simulateur d'inductance

Impédance négative

Redresseur simple alternance sans seuil

Détecteur de valeur crête

Amplificateur logarithmique

Amplificateur exponentiel

Circuits en mode non linéaire

Comparateur

Comparateur à deux seuils ou trigger de Schmitt ou comparateur à hystérésis

Comparateur à deux seuils non inverseur

Comparateur à deux seuils inverseur

Bibliographie

En français

En anglais

Voir aussi

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