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.

Liens de téléchargement des cours sur l’Amplificateur opérationnel

Liens de téléchargement des exercices corrigés sur l’Amplificateur opérationnel

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Electronique Analogique : cours et exercices corrigés

Plan du cours d’électronique Analogique

Chapitre 1 : Rappel sur le transistor bipolaire

1- Introduction

2- Structure et fonctionnement d’un transistor

2.1- Structure du transistor bipolaire

2.2- Principe de fonctionnement d’un transistor (Effet transistor)

2.3- Equations d’un transistor

3- Montages de base des transistors

4- Réseaux de caractéristique du transistor NPN

5- Effet Early :

6- Principaux paramètres des transistors bipolaires

7- Polarisation du transistor

7.1- Droite de charge statique – Droite d’attaque statique

7.2- Polarisation par une résistance de base

7.3- Polarisation par réaction d’émetteur

7.4- Polarisation par pont diviseur

7.5- Polarisation par réaction de collecteur.

8- Transistor Bipolaire en régime dynamique

8.1- Introduction

8.2- Modèle équivalent basse fréquence du transistor bipolaire :

Chapitre 2 : Amplification linéaire à transistor bipolaire

1- Généralités sur l’amplification

1.1- Définition

1.2- Différents types d’amplification

1.3- Amplification en tension à charge

1.4- Amplification en courant

1.5- Bilan de puissance

1.6- Bande passante

1.7- Dynamique de sortie maximum

1.8- Distorsion

2- Montages fondamentaux du transistor bipolaire

2.1- Etude du montage émetteur commun

2.1.1- Amplification en tension

2.1.2- Amplification en courant

2.1.3- Amplification en puissance

2.1.4- Impédance d’entrée

2.1.5- Impédance de sortie

2.1.6- Conclusion

2.3- Montage collecteur commun

2.4- Montage base commune

2.5- Comparaisons des montages

3- Influence des capacités de liaison et capacité de découplage

3.1- Influence de la capacité de liaison (couplage)

3.2- Influence de la capacité de découplage.

Chapitre 3 : Amplificateur en hautes fréquences

1- Modèle équivalent en haute fréquence du transistor bipolaire :

2- Réponse fréquentielle du transistor

3- Théorème de Miller :

4- Montage émetteur commun en HF.

5- Facteur de mérite :

6- Montage base commune en HF.

7- Montage cascode :

Chapitre 4 : Montages à plusieurs transistors

1- Introduction

2 – Amplificateurs à liaison directe

3 – Liaison par condensateur entre deux étages

4 – Montage Darlington

4.1 – Principe

4.2 – Schéma équivalent

4.3 – Gain en courant

4.4 – Résistance d’entrée

4.5 – Résistance de sortie

5- Miroir de courant

Chapitre 5: Transistor à Effet de Champ

1 – Etude théorique

1.1 – Composition

1.2 – Symbole

1.3 – Principe de fonctionnement

1.4 – Réseau de caractéristiques

2 – Polarisation

2.1 – Polarisation par diviseur de tension

2.2 – Polarisation automatique

3 – Le JFET en régime dynamique

4 – Montages fondamentaux

4.1– Montage source commune

4.2 – Montage drain commun

4.3 – Montage grille commune

4.4 – Comparaison avec le transistor bipolaire :

5 – Le JFET en commutation analogique

6 – JFET en Hautes Fréquences

Chapitre 6 : Amplificateur différentiel

1- Généralité

2- Etude statique

2.1- Polarisation du montage.

2.2- Analyse du montage en « mode différence »

2.3- Analyse du montage en « mode commun »

3- Etude dynamique

3.1- Analyse du montage en « mode différence »

3.2- Analyse du montage en « mode commun »

3.3- Coefficient de différentiation

3.4- Amélioration du montage

Chapitre 7 : Montages fondamentaux avec les Amplificateurs Opérationnels

1- Présentation

2- Caractéristique de transfert

3- AO idéal ou parfait :

4- Fonctionnement en régime linéaire

4.1- Montage inverseur

4.2- Montage non inverseur

4.3- Sommateur (ou Additionneur)

4.4- Soustracteur

4.5- Dérivateur

4.6- Intégrateur

5 – Fonctionnement en régime saturé

5.1- Comparateur simple

5.2- Comparateur à hystérésis (Trigger de Schmitt)

5.3- Multivibrateur

Chapitre 8 : Filtrage Analogique

1- Définition :

2- Les filtres passifs :

3- Les filtres actifs :

3.1- Structure de RAUCH

3.2- Structure de SALLEN KEY

Chapitre 9 : Principe de la contre-réaction

1- Principe et définition

2- Structure d’un système bouclé

2.1- Définition :

2.2- Equations d’un système bouclé :

3- Les différents types de contre-réaction

4- Propriétés de la contre-réaction

4.1- Stabilisation du gain en boucle fermée

4.2- Elargissement de la bande passante

4.3- Réduction du bruit et de distorsion

4.4- Modification des impédances d’entrée et de sortie

A- Cas de contre-réaction tension-tension

•  Effet sur l’impédance d’entrée
•  Effet de l’impédance de sortie

B- Cas de contre-réaction courant-tension

• Effet sur l’impédance d’entrée
• l’effet sur impédance de sortie :

C- Cas de contre-réaction courant-courant

• Impédance d’entrée
• L’effet sur l’impédance de sortie

D- Cas de contre-réaction tension-courant

• L’effet sur l’impédance d’entrée
• L’effet sur l’impédance de sortie

ANNEXE : Rappels

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