Amplificateur opérationnel – cours et Exercices corrigés

Amplificateur opérationnel – cours et Exercices corrigés

Les amplificateurs opérationnels ont été conçus initialement pour la résolution analogique de problèmes numériques tels que l’étude d’équations différentielles dont les solutions analytiques sont inconnues. Le développement des calculateurs numériques a rendu caduc l’usage de ces calculateurs analogiques.

Les amplificateurs opérationnels ont d’abord été réalisés avec des composants discrets. L’électronique intégrée permet actuellement la fabrication d’amplificateurs dont les performances sont excellentes, la mise en œuvre aisée et le cout modique. Ils ne nécessitent que peu de composants périphériques et les problèmes délicats de polarisation des amplificateurs réalisés avec des composants discrets sont éliminés. Ils sont maintenant utilisés dans nombreux domaines de l’électronique analogique.

Caractéristique des amplificateurs opérationnels

Pratiquement tous les amplificateurs opérationnels ont la meme structure interne : ce sont des circuits monolithiques dont une puce de silicium constitue le substrat commun. Ils comportent en entrée un amplificateur différentiel suivi d’un étage adaptateur d’impédance ; l’amplificateur de sortie, de type push-pull, fonctionne en classe B. toutes les liaisons sont directes.

Ce sont des amplificateurs différentiels qui sont caractérisés par :

Un gain en tension très important : µd = µ = 10⁵ à 10
Une impédance d’entrée très grande.
Une impédance d’entrée de mode commun très grande
Une impédance de sortie faible.
La rejection du mode commun et très grande.
La réponse en fréquence va du continu jusqu’à des frequences assez élevées : le produit gain-bande passante peut dépasser 100 MHZ.
Ils possèdent deux entrées : entrée non inverseuse (+) et entrée inverseuse (-) mais ont une seule sortie.
Ils utilisent, sauf exception, deux alimentations +U et –U, symétriques par rapport à la masse. Ces alimentations seront omises sur les schémas.

Fonctionnement des amplificateurs opérationnels

Amplificateur opérationnel idéal

Un amplificateur est considéré comme idéal si l’on peut admettre que son gain est infini, que ses impédances d’entrée sont infinies et que sa résistance de sortie est nulle.

Un amplificateur opérationnel idéal utilisé avec une réaction négative fonctionne en régime amplificateur. Des deux entrées sont alors au même potentiel. Si on l’utilise avec une réaction positive, il fonctionne en régime de saturation. Les potentiels des entrées peuvent être différents

Amplificateur opérationnel réel

Le gain de l’amplificateur opérationnel est fini et fonction de la fréquence du signal. Le gain du système ne dépend pas uniquement de la boucle de réaction.
L’amplificateur contient des générateurs de tension et de courant parasites qui modifient la tension de sortie.
La bande passante est limitée et dépend du gain du système bouclé.
L’amplificateur ne peut délivrer en sortie qu’une puissance limitée.