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Faites le design d'un amplificateur opérationnel inverseur dont l'entrée est la sortie du capteur et la sortie une tension variant de 0V `a 5V. Exercice 11
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SERIE D'EXERCICES N° 8 : ELECTROCINETIQUE : AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL EN REGIME LINEAIRE. Amplificateur opérationnel idéal circuits avec un A.O.. Exercice 1.
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maintenant à devenir très proches de l'amplificateur idéal (l'amplificateur opérationnel parfait exercices corrigés (niveau A)
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Amplificateur opérationnel – cours et Exercices corrigés Les amplificateurs opérationnels ont été conçus initialement pour la résolution analogique de
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Exercice N°1 : Le montage représenté ci-dessous utilise un amplificateur opérationnel idéal en fonctionnement linéaire. 1) Déterminer l'expression du gain e.
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Si le défaut précédent est corrigé et qu'on relie l'entrée non inverseuse du montage suiveur à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R on constate que
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Amplificateurs opérationnels et applications. Exercice n°1. On se propose d'étudier un montage électronique qui délivre une tension proportionnelle à la
L"AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL (AOP)
1. GENERALITES
1.1 Représentation symbolique
La tension de sortie
vs est en phase avec la tension différentielle d"entrée vd =.v+-v- . Le triangle signifie qu"il s"agit d"un amplificateur.Lorsque l"AOP est parfait, on fait suivre le
triangle du symbole ¥, sinon on précise son coefficient d"amplification réel.Le signe + en sortie est souvent omis.
1.2 Polarisation
Pour éviter l"emploi de condensateurs de liaison entre étages, on polarise l"AOP avec deux sources de tension généralement symétriques, leur point milieu étant relié à la masse du montage (l"AOP ne possède pas de borne de masse). L"absence de condensateurs de liaison autorise l"amplification de tensions continues.Si on ne dispose pas d"alimentation symétrique, on peut polariser l"AOP avec un pont de résistances,
mais il sera alors nécessaire d"ajouter des condensateurs de liaison. A noter qu"il existe des AOP fonctionnant sous tension d"alimentation unique, même faible, etprésentant une faible tension de déchet en sortie : les tensions d"entrée ne peuvent être que positives.
Afin d"éviter l"entrée en oscillations d"un montage à AOP, il est nécessaire de découpler les
alimentations avec des condensateurs. Généralement un condensateur de 100 nF entre chaque broche d"alimentation (le plus près possible du circuit intégré) et la masse convient.1.3 Schéma équivalent en basse fréquence
La résistance différentielle d"entrée
Rd varie du
mégaohm (entrées à transistors bipolaires, type741) à quelques 10
12 W (entrées à transistors à
effet de champ (TEC), type 081). L"amplification différentielle en continu (741 et 081) Ado est de l"ordre de 105 , la résistance interne Ri, d"une centaine d"ohms.1.4 AOP parfait
Le coefficient d"amplification différentielle étant très grand et la tension de sortie étant nécessairement
finie (inférieure aux tensions d"alimentation du circuit), la tension différentielle d"entrée
vd est très faible.Exemple
: Vs Max = 14 V, Ado = 105 donc Vd Max = 140 mV.Pour l"AOP parfait on la considère nulle.
L"intensité du courant différentiel
id circulant dans la résistance Rd est donc également très faible.Exemple
: Rd =1 MW donc : Id Max = 140 pA : on le considère également nulEn résumé, pour un AOP parfait :
Ad ® ¥ Rd ® ¥ vd ® 0 i+ ® 0 i- ® 0 v-v+ i- i+ vs +Vcc -Vcc v dRdAd.vd Ri vs SSSeeerrrgggeee MMMooonnnnnniiinnn AAAOOOPPP...DDDOOOCCC Page 2 sur 92. MONTAGES DE BASE
2.1 Montage suiveur
v dRdAd.vd Ri vs vs ve ve Schéma équivalent 2.1.1 Coefficient d"amplification en tension à vide :Ie = Vd/Rd
V s = Ad.Vd + Ri.Ie = Ad.Vd + Ri.Vd /Rd V e = Vd + Ad.Vd + Ri.Vd /RdA = V
V = R + A .R
R + A .R + Rvs
ei d d d d d i»12.1.2 Résistance d"entrée
Ve = Rd.Ie + Ad.Rd.Ie + Ri.Ie
donc : Re = Ve/Ie = Rd.(1+ Ad) + Ri ; » Ad.Rd Ex :Rd = 1 MW Ad = 105 Re = 1011 W
2.1.3 Résistance de sortie
Pour la calculer, nous court-circuitons l"entrée et nous appliquons en sortie un générateur de tension :
I" = -V
R+V - A .V
R avec V = -Vsd
ds d d i s d donc :I" V=1R+1+ A
RA Rs s dd id i» donc :Rs » Ri /Ad
Exemple : si Ri = 100 W Rs = 1mW
2.1.4 Utilisation du modèle de l"AOP parfait
En utilisant le modèle idéalisé de l"amplificateur : Ad ® ¥ Rd ® ¥ vd ® 0 i+ ® 0 i- ® 0 V e = Vd + Vs ? Vs = Ve I e = 0 ? Re = Ve /Ie ® ¥Ces résultats étant peu différents de ceux que nous avons trouvé par calcul rigoureux, nous utiliserons
désormais ces approximations. v dRdAd.vd Ri vs i"s SSSeeerrrgggeee MMMooonnnnnniiinnn AAAOOOPPP...DDDOOOCCC Page 3 sur 92.2 Amplificateur non inverseur
L"AOP étant parfait et fonctionnant en régime linéaire: V e = V+ = V-V =R .V
R +R-1 s
1 2 donc :Av = 1 + R2 /R1
Re = Ve/Ie donc Re ® ¥
2.3 Amplificateur inverseur
L"AOP étant parfait et fonctionnant en régime linéaire:V- = V+ = 0 I- = 0
I e étant l"intensité du courant d"entrée du montage :Ve = R1.Ie Vs = -R2.Ie
donc : Av = - R2 /R1Re = Ve/Ie = R1
3. LIMITATIONS ET DEFAUTS DE L"AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL
3.1 Tension de décalage (offset voltage)
Reprenons le montage suiveur, relions l"entrée non inverseuse à la masse et mesurons la tension de
sortie continue VS : elle n"est pas nulle (elle peut être positive ou négative).C"est la tension de décalage.
Tout se passe donc comme si à l"entrée de l"AOP il existait en série avec l"une des deux entrées un générateur de tension continue de f.e.m. Ed .Ed est de l"ordre du millivolt.
Sur certains AOP le constructeur a prévu la correction de ce défaut en ajoutant un potentiomètre extérieur. Sur les 741 et 081 a et b correspondent aux bornes 1 et 5. Pour un 741, P = 10 kW, pour un 081, P = 100 kWSi l"on réalise un montage amplificateur, la tension de sortie est égale au produit de la tension de
décalage par le coefficient d"amplification.3.2 Courants de polarisation et de décalage
Si le défaut précédent est corrigé et qu"on relie l"entrée non inverseuse du montage suiveur à la masse
par l"intermédiaire d"une résistance R, on constate que la tension de sortieVS n"est pas nulle et qu"elle
est d"autant plus élevée que la résistance R est grande.Ceci est dû aux courants de polarisation des entrées (courant de base des transistors bipolaires):
vs ve R1R2 vs Ed -Vcc a b R1 R2 ve vsSSSeeerrrgggeee MMMooonnnnnniiinnn AAAOOOPPP...DDDOOOCCC Page 4 sur 9 Dans le cas présent, il s"agit du courant de polarisation
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