Les Amplificateurs Opérationnelles

Qu'est-ce qu'un amplificateur opérationnel ? L’amplificateur opérationnel est un dispositif électronique permettant d’amplifier une ...

Qu'est-ce qu'un amplificateur opérationnel ?

L’amplificateur opérationnel est un dispositif électronique permettant d’amplifier une différence de tension Tension de sortie = coefficient x (différence de tension à l’entrée)

L'amplificateur opérationnel est l'un des composants les plus utilisés en électronique

Il est également appelé « Ampli Op » ou AOP, pour faire plus court, ou encore ALI, pour « Amplificateur Linéaire Intégré »

C’est composant électronique dit actif c-à-d nécessite d’être alimenté. Il a été initialement conçu pour effectuer des opérations mathématiques de base comme l'addition, la soustraction, l'intégration, la dérivation et d'autres

A quoi sert un amplificateur opérationnel ?

Les amplificateurs opérationnels servent notamment à faire :

• Du filtrage audio (lorsqu’on veut éliminer du bruit, ou bien des fréquences particulières)
• Du mixage audio, avec pré-amplification (montage « ampli additionneur », par exemple)
• De l’amplification de signaux (si l’on souhaite par exemple amplifier le son d’un micro)
• Du pilotage et de la régulation (asservissement) de moteur électrique ou autre
• De la régulation de tension, et de courant

Représentation symbolique de l’AOP

L’AOP comporte:

• 2 broches d'alimentations 
• 2 entrées dites différentielles: V+ et V- 
• Une sortie Vs

Schéma équivalent de l’AOP

L’amplificateur opérationnel possède un modèle de fonctionnement faisant apparaitre une impédance d’entrée Ze, une impédance de sortie Zs, et une tension de sortie à vide Vs0. 

Modèle idéal de l’AOP

ε = V+ - V- 

ε = 0 ==> V+ = V-

D’une manière générale :

• Ze est infinie (donc aucun courant ne circule par les bornes V+ et V-)  ==> i+ = i- = 0
• Zs = 0
• Une amplification différentielle( en boucle ouverte) Ad infinie
• Vs = Ad x (V+ - V-) = Ad x ε  ==> fonctionnement en régime linéaire

Caractéristique de transfert en tension Vs=f(ε)

Caractéristique de transfert de l’amplificateur idéal

• Ze est infinie (ce qui signifie donc que le courant absorbé via les entrées V+ et V– est égal à 0)

• Le gain est infini (c’est à dire que l’AOP fonctionnera en mode linéaire seulement quand V+ = V-, et en mode saturé si V+ est différente de V–)

• Le courant de sortie est infini (c-à-d pouvant varier de – l’infini à + l’infini)

• Et la tension de sortie peut atteindre les valeurs max d’alimentation (donc +Vcc et –Vcc)

Fonctionnement de l’AOP

Un amplificateur opérationnel ne s’utilise jamais seul

Il y a toujours une liaison entre la sortie d’un AOP et au moins l’une de ses entrées
C’est ce qu’on appelle une « contre-réaction » (c’est à dire de ramener la sortie à une entrée, directement ou indirectement)

Montages de base de l’AOP

Montage Amplificateur suiveur

« suiveur de tension », c’est un montage qui permet de générer une tension de sortie égale à celle présentée en entrée (sur V+, ici). Et comme vous pouvez le constater, il n’y a aucun lien entre l’entrée V+ et la sortie Vs.

Nous avons une « contre réaction négative », car la sortie Vs est reliée à l’entrée V–

Ainsi, du fait de cette contreréaction négative, nous savons que l’ampli OP va fonctionner en régime linéaire, et dans ce cas précis, on sait que V+ = V–

Or :

• Comme V+ = V– , du fait du régime linéaire
• Et que V– = Vs
• Alors V+ = Vs

Ce qui signifie donc que la tension de sortie Vs sera toujours égale à la tension V+
Par contre, ceci ne sera vrai que dans certaines limites. En effet :

Si par exemple vous mettez en entrée une tension dépassant celle de l’alimentation, alors vous saturerez l’ampli op (si par exemple vous envoyez 20 volts à l’entrée d’un AOP alimenté en 12V, alors ce dernier ne pourra délivrer plus de 12 volts !)

Un exemple d’utilisation de ce « suiveur à AOP » est l’interfaçage en sortie d’un capteur sensible, si ce dernier ne peut pas fournir suffisamment de courant en sortie, alors une solution est de brancher un amplificateur opérationnel monté en suiveur de tension, afin qu’il puisse délivrer plus de courant en sortie.

Montage Amplificateur non suiveur