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