ISSLg - Cours d'électronique - Électronique (ELO)
Les amplificateurs opérationnels : amplification et bande-passante
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La notion de gain
Le gain en tension, c'est le rapport entre l'amplitude du signal de sortie et celui d'entrée : Av = Vout/Vin

C'est un nombre sans dimension (V/V), qu'on exprime souvent en décibel (dB) : Adb = 20 * log (Av)
Pourquoi des log (en base 10) : car l'oreille est sensible au logarithme de l'amplitude (et de la fréquence).
Pourquoi 20 et pas 10 pour faire des "déci" : parce que la puissance dépend du carré de Vout : log(P*R) = log (Vout²) = 2 * log (Vout)
Av
Adb
1/1000
-60dB
1/100
-40dB
1/10
-20dB
0.707
-3dB
1
0dB
1.4
3dB
10
20dB
100
40dB
1000
60dB
NB : L'oreille humaine couvre une plage de 120dB...

L'ampli-op réel a un gain très grand depuis le continu jusqu'à une certaine fréquence, à partir de laquelle son gain s'écroule.
Plus précisément, son produit GB (gain*bande-passante = gain*fmax) est limité (ex GB=1MHz).
Pour cet exemple (GB=1Mhz), le gain max est de :
1 à 1MHz
10 à 100kHz
100 à 10kHz
1000 à 1kHz ...


Amplificateur suiveur


Zin = 100MR        Vout = Vin         Av = 1         Adb = 0dB

Sa bande passante va du continu à GB.
S'il est nécessaire de limiter cette bande passante, il faut faire passer Vin par des RC (passe-bas et/ou passe-haut) avant d'entrer sur l'entrée + de l'ampli-op.

L'intérêt du montage réside dans sa grande impédance d'entrée, et sa faible impédance de sortie (adaptateur d'impédance).
Ce montage permet d'utiliser "l'image" de la tension d'entrée sans la perturber (courant prélevé sur Vin de l'ordre de 50nA).
Ce montage est très utilisé : filtres (permet de faire des RC avec un grand R et petit C), mémorisation d'une tension dans un C (détecteur de crêtes, sample and hold, DAC à plusieurs sorties...), montage de base des filtres actifs...


Amplificateur non inverseur

Choisir R1 et R2 pour que : 1k < R1 + R2 < 1M

Zin = 100MR         Vout = Vin * (R1 + R2) / R2           Av = (R1 + R2) / R2 = 1 + (R1/R2)         Adb = 20 log(Av)
Sa bande passante va du continu à fmax = GB/Av
Exemple si GB=1MHz, R1=9k et R2=1k :  Av = 10 ;  Adb = 20dB ;  fmax = 100kHz

L'intérêt du montage réside dans sa grande impédance d'entrée, idéal pour amplifier des  générateurs de petits signaux à grande impédance interne.

Si la bande passante doit être réduite, utiliser des C de filtrage. Passe-haut R3-C3 & passe-bas R1-C1.

fmin = 1/(2*pi*R3*C3)          fmax = 1/(2*pi*R1*C1)

Exemple avec R1=9k, R2=1k, R3=10k & C1=2nF, C3=160nF
=> fmin = 100Hz  et   fmax = 10kHz
NB : remarquons que C1 ne sait plus atténuer les fréquences de 100kHz à 1MHz car le montage est en gain unitaire.



Amplificateur inverseur

Choisir R1 et R2 pour que : 1k < R1 + R2 < 1M

Zin = R2     Vout = - Vin * (R1/R2)       Av = R1/R2      Adb = 20 log(Av)
Sa bande passante va du continu à fmax = GB/Av
Exemple si GB=1MHz, R1=10k et R2=1k :  Av = 10 ;  Adb = 20dB ;  fmax = 100kHz


Si la bande passante doit être réduite, utiliser des C de filtrage. Passe-haut R2-C2 & passe-bas R1-C1.

fmin = 1/(2*pi*R2*C2)          fmax = 1/(2*pi*R1*C1)


Exemple avec R1=9k, R2=1k, R3=10k & C1=2nF, C3=160nF
=> fmin = 100Hz  et   fmax = 10kHz
NB : ici nous avons un vrais passe-bande au contraire de l'ampli non-inverseur, nous n'avons plus le plat de 100kHz à 1MHz.


Amplificateur sommateur

Vout = - (R1/R2) * (V1 + V2 + V3)

Typiquement utilisé dans les tables de mixage audio.


Amplificateur différentiel

Vout = (R1/R2) * (V1 - V2)

Typiquement utilisé dans les boucles de régulation (amplification de l'écart de la sortie par rapport à la consigne), ainsi que dans l'amplification de capteurs pour annuler les interférences captées par le câblage (microphone professionel, jauge de containte...).



Auteur : Philippot Marc - 19/11/2019