Introduction
C'est dans le cadre de l'épanouissement de
l'électronique à l'Ecole Normale Supérieure qu'a
été choisi ce sujet.
L'amplificateur opérationnel est un `'objet''
utilisé en électronique pour augmenter la taille des signaux
électriques ; l'objet est d'étudier l'amplificateur
opérationnel sous la forme théorique et pratique. Cette
étude se répartit en trois chapitres :
- Chapitre I : Amplificateur différentiel.
Cette partie permet de comprendre la
structure de l'amplificateur opérationnel.
- Chapitre II : Amplificateur opérationnel.
On examine les deux catégories d'amplificateurs
opérationnels : l'amplificateur opérationnel idéal et
l'amplificateur opérationnel réel. Ensuite nous réalisons
les différents montages qui nous permettent soit de déterminer
les gains, soit d'effectuer des opérations.
Enfin nous terminons ce chapitre avec quelques applications
d'amplificateurs opérationnels.
- Chapitre III. : Etude expérimentale.
Ce chapitre est consacré à quelques montages que
nous avons réalisés.
CHAPITRE I.
GENERALITES SUR AMPLIFICATEURS DIFFERENTIELS (A.D)
I /- PRINCIPES GENERAUX.
On appelle amplificateur différentiel tout système
susceptible d'amplifier une différence de potentiel entre deux points
non reliés au potentiel de référence appelé
`'masse''.
Un amplificateur différentiel doit toujours
comporter :
- Deux bornes d'entrées E1 et E2.
- Une ou deux bornes de sortie selon les cas.
Comme nous le voyons sur la fig. 1 ; il se présente
sous deux formes :
- L'amplificateur différentiel à sortie
symétrique (fig. 1-a) possédant deux bornes d'entrée et
deux bornes de sortie.
- L'amplificateur différentiel à sortie
asymétrique fig. 1-b ayant deux bornes d'entrée et une borne de
sortie.
Les grandeurs e1 ; e2 ; s(ou
s1 et s2) sont appelées tensions simples et les
expressions (e1- e2) et (s1-s2)
sont des tensions différentielles d'entrée (e1-
e2) et de sortie (s1- s2).
Fig. 1. Entrées et sorties d'un amplificateur
différentiel
E1
s1 E1
E2
s2
E2
e1 e2
s1 s2 e1
e2
Fig. a.
Fig. 1.b.
- Amplificateur différentiel à sortie
- Amplificateur différentiel à sortie asymétrique
symétrique
On distingue deux types d'amplificateur
différentiel :
- Amplificateur différentiel idéal.
- Amplificateur différentiel réel.
1°) - Amplificateur différentiel
idéal :
Il existe une relation linéaire entre les tensions de
sortie et d'entrée (voir ci-dessous).
s = Gd (e1- e2)
relation (1) ou s =
Gd Ó avec Ó = e1- e2 est
appelée tension
différentielle.
Où Gd est l'amplification différentielle
ou gain en tension de l'amplificateur différentiel.
Pour l'amplificateur différentiel à sortie
symétrique, la relation (1) s'écrit :
s = s1- s2 = Gd
(e1- e2).
On utilise les schémas de la figure 1 pour amplifier des
différences de potentiel constantes ou lentement variables.
2°) - Amplificateur différentiel
réel :
Il est caractérisé par la relation
suivante :
s = Gd (e1-e2) +
Gc(e2+ e1)/2
relation (2)
Par comparaison à la relation (1), nous voyons qu'il
apparaît en (2) un terme supplémentaire
Gc(e2+ e1)/ 2 appelé terme de
correction. La moyenne arithmétique des tensions d'entrée est
appelée tension en mode commun, elle est notée ec=
(e1+e2)/2.
GC est le gain en mode commun, c'est le rapport entre
la tension de sortie s et la tension en mode commun ec lorsque
e1 et e2 garde la même valeur GC =s.
e1/ec.
On appelle rapport de réjection du mode commun, la
grandeur définie par :
Fr = Gd/GC ; Ce rapport
est désigné en abrégé par le sigle RRMC.
Remarque :
a) De la relation (1), on déduit que si e1 est
inférieure à e2, alors la tension de sortie s est
négative.
Ainsi, pour qu'un dispositif fournisse en continu une tension de
sortie négative, il est nécessaire de l'alimenter par une source
de tension ayant deux pôles dont l'un négatif et l'autre positif
par rapport à la masse.
b) Si on applique une tension constante à la borne
E2 et variable à la borne E1 ; les variations
de la tension de sortie se font dans le même sens que e1. On
dit alors que E1 est l'entrée non inverse ou (+) du
montage.
Par contre, si on fait varier e2 en maintenant
e1 fixe, la tension de sortie varie, mais en sens contraire de
e2. E2 est appelé entrée inverse ou
entrée (-) du montage.
Ces remarques conduisent au schéma conventionnel de
l'amplificateur différentiel.
VA
E1
s
E2
VA
Fig.2. Représentation conventionnelle de
l'amplificateur différentiel.
En effet, il est pratiquement impossible de réaliser un
amplificateur différentiel idéal, c'est-à-dire un montage
répondant exactement à la relation (1). On réalise
plutôt des amplificateurs différentiels réels.
II/ METHODE DE MESURE DES APPLICATIONS
1°)
Principe de la mesure de l'amplification différentielle
Gd.
T
V1
E1
G1
M
s
V2
E2
Fig.3. Principe de la mesure de l'amplification
différentielle.
Dans ce montage, T est le transformateur de type secondaire
à point milieu M, les entrées E1 et E2 sont
soumises à des tensions variables e1 et e2, telle
que e1= -e2. Autrement dit, la tension en mode commun
ec s'annule quand on alimente le primaire de transformateur à
l'aide d'une source de signaux variables G1.
Gd (e1-e2) =
2Gd.e1
Les voltmètres V1 et V2 servent
à mesurer les valeurs efficaces US et Ue1
respectivement de s et de e1.
D'où Gd =
US/2Ue1
2°) - Principe de mesure de l'amplification en
mode commun.
Sur cette figure, les deux entrées E1 et
E2 sont ensemble connectées à un
générateur G1 de signaux variables. Dans la relation
(2) on en déduit :
s = Gce ;
d'où Gc = s/e = Us/Ue
Les voltmètres V1 et V2 mesurent les
valeurs efficaces Uc et Us de c et s.
V1
G1
V2
E1 +
s
E2 _-
Fig. 4. Principe de la mesure de l'amplification en mode
commun.
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