(Microsoft PowerPoint - L\222amplificateur op\351rationnel \(I\).pptx)

L’amplificateur opérationnel (I)
GIF-2000
Hiver 2013
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Introduction
• 1963: Premier amplificateur opérationnel
intégré (μA702) conçu par Bob Wildar chez
Fairchild Semiconductor
• 1965: Bob Wildar conçoit le μA709, une
version améliorée du μA702
• 1968: Arrivée du μA741
– Plus performant que ses prédécesseurs
– Comporte un réseau de compensation intégré
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Introduction
• Définition et symbole
– L’amplificateur opérationnel (ampli-op) est un
amplificateur différentiel
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Introduction
A component level diagram of the common 741 op-amp
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L’amplificateur opérationnel
Alimentation bipolaire
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L’amplificateur opérationnel
Alimentation unipolaire
Ce circuit mal fonctionne avec Vin>0 (a voir plus tard)
Pour certains apllications, la conception est plus compliquée
avec l’alimentation unipolaire
L’ampli-op rail to rail (a voir plus tard)
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L’amplificateur opérationnel
Iin
v2
v1
AOL(v2-v1)
– Son gain en boucle ouverte AOL (sans rétroaction) est très
grand
– La résistance d’entrée (Rin) est très grande
– L’impédance de sortie (Rout) est très faible
– courant de polarisation d’entrée (Iin ) est très faible
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L’amplificateur opérationnel
Quantity
Symbol
Ideal
LM741C
LF157A
Open-loop
voltage gain
Input offset
voltage
AVOL
funity
Rin
Rout
Iin(bias)
Iin(off)
Vin(off)
Infinite
Infinite
Infinite
Zero
Zero
Zero
Zero
100,000
1MHz
2MΩ
75Ω
80nA
20nA
2mV
200,000
20MHz
1012Ω
100Ω
30pA
3pA
1mV
common-mode
rejenction ratio
CMRR
Infinite
90dB
100dB
Unity-gain
frequency
Input resistance
Output
resistance
Input bias
current
Input offset
current
Caractéristiques d’amplis op communs
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L’amplificateur opérationnel
A component level diagram of the common TL082 opamp
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli-op idéal: Résumé
– Ii = 0 A
Ri = ∞
– v3 = Av(v1 – v2) indépendant de i0 Ro = 0
– Réponse en fréquence: bande passante infinie
i.e. son gain est constant pour toutes les
fréquences
– Gain en boucle ouverte infini (A = ∞)
– Gain en mode commun nul (rejet du mode
commun infini), i.e. si v1 = v2, alors v3 = A 0 = 0
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli-op idéal
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Rétroaction positive
• Exemple: Suiveur de tension (avec rétroaction
positive)
vin
vO
v2
AOL→∞
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Rétroaction négative
• Exemple: Suiveur de tension (avec rétroaction
négative)
v1
vO
vin
AOL→∞
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Rétroaction positive
• Avec la rétroaction positive, la tension de
sortie est instable
v1=Vin
vO
v2
L'effet boule de neige
v1↓
vO =AOL(v2-v1) ↑
v2 ↑
vO ↑
vo→∞
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Rétroaction positive
• Avec la rétroaction positive, la tension de
sortie est instable comme un ballon au
sommet d’une colline
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Rétroaction positive
• Avec la rétroaction négative la tension de
sortie est stable
v1
vO
V2
=vin
V2 ↑
VO =AOL(v2-v1) ↑
V1 ↑
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Rétroaction négative
• Avec la rétroaction négative la tension de
sortie est stable comme un ballon dans une
fossette
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Les règles d’or
• Règle I: avec la rétroaction négative, la sortie
fait tous pour annuler la différence de tension
entre les deux entrées (« - » et « + »): (Vin+Vin-)=0
(court circuit virtuel)
• Règle II: Le courant d’entrée d’un ampli-op
idéal est nul.
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L’amplificateur opérationnel
• Suiveur de tension ideal
• ACL=1 (gain en boucle fermée)
• Interface idéale enre une source haute impedance et une
charge basse impedance
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli inverseur
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli inverseur idéal
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli inverseur idéal
– Gain en boucle fermée si A = ∞
vO
R2
G= =−
vI
R1
– L’ampli inverse le signal (polarité négative)
– G dépend de composants passifs externes
– G est stable et précis et ne dépend pas de A
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L’ampli inverseur idéal
• Resistance d’entrée Rin = vI / i1 = R1
• Resistance de sortie Rout =0
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli inverseur
– Effet du gain fini
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli inverseur : effet du gain fini
– Gain en boucle fermée si A est fini
vO
G= =−
vI
R2 / R1
 R 
1+ 1+ 2  / A
 R1 
– Si A ∞, alors G -R2/R1
– Pour diminuer la dépendance de G sur A, il faut
1+R2/R1 << A
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L’amplificateur opérationnel
• Application: l’ampli additionneur
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L’amplificateur opérationnel
• Exemple: Coefficients de signes différents
R 
 R  R 
 R  R 
R 
vO = v1  a  c  + v2  a  c  − v3  c  − v4  c 
 R1  Rb 
 R2  Rb 
 R4 
 R3 
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli non-inverseur
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli non-inverseur idéal
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L’amplificateur opérationnel
• L’ampli non-inverseur idéal
– Gain en boucle fermée si A = ∞
vO
R2
G = = 1+
vI
R1
– Resistance d’entrée Rin = ∞
– Resistance de sortie Rout = 0
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Références
•
•
•
•
•
Notes de Cours de GEL-3000, Benoit Gosselin
Microelectronic Circuits, Sedra/Smith, 6th Ed. (Chapitre 2)
www.ti.com
http://www.wikipedia.org/
McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology, 5th
edition
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