AMPLIFICATEUR OPÉRATIONNEL_2011_ELEVES2

5/11/2018 AMPLIFICATEUR OP RATIONNEL_2011_ELEVES2 - slidepdf.com

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AMPLIFICATEUR OPÉRATIONNEL

CONCEPTS ET APPLICATION



12/17/11 A.LAMMARI 2

AVANT PROPOS

n Programme du semestre

¡ Amplificateur Opérationnel

¡ Circuits digitaux

¡ Convertisseur N/A & convertisseurs

A/N

¡ Modulation d’amplitude 2

§ &Introduction Présentation

§ ( )Amplificateur opérationnel idéal AOP

§ Montages fondamentaux

§ Amplificateur opérationnel réel

§ : –Applications trigger de Smith–Oscillateurs Filtres



AVANT PROPOS

17/12/2011 A.LAMMARI 3

§ Bascules et multivibrateurs

§ Circuits RC en commutation

§ ,Montages Bistables Monostables et Astable à

,AOP et portes logiques

§ Applications NE555



AVANT PROPOS

17/12/2011 A.LAMMARI 4

§ Principe de la conversion

/analogique numérique

§ ( )Convertisseurs Analogique Numérique CAN

§ Convertisseurs Numérique ( )Analogique CNA

§ /CAN CNA intégré



AVANT PROPOS

Programme du semestre

Modulation d’amplitude

17/12/2011 A.LAMMARI 5

§ Généralités sur la transmission de línformation

§ ( ):Modulation dÁmplitude MA Pourquoi et Comment

§ Représentation temporelle et fréquencielle du signal

- , ,modulé en amplitude Notion de raies bandes porteuse et

puissance

§ , – ,Modulation dámplitude MA MA suppression de porteuse

,MABLU MABLU avec suppression de porteuse




Cours 2H/ semaine

TD 2H/semaine (semaine du 25/09/2011)Polycop de cours avant le début du coursÉventuellement un TPContrôle continue chaque fin de chapitre

Contrôle intermédiairePartiel final

6

ORGANISATIONELECTRONIQUE FONDAMENTALE2




AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL

7



12/17/11 A.LAMMARI 88

SOMMAIRE

n Introduction¡ Amplificateur différentiel à lámplificateur

opérationneln Amplificateur opérationnel

¡ Schéma synoptique et schéma équivalent¡ Caractéristiques¡ Amplificateurs opérationnel idéal¡ Caractéristique de transfert¡ Différents montages á amplificateur

opérationneln Réalisation de fonctions ou opérations

mathématiques



/ /1 1 1 1 1 1 A.LAMMARI 19

AMPLIFICATEUR DIFFÉRENTIEL

n Composé de deux termes¡ Amplification

¡ DifférenceA

mplifie la

D ifférence de tensions d éntrées

Dispositif composé de deux entrées

distinctes

eux éléments ctifs

( ransistors ipolaires ou

)ET polarisés

e façonsymétrique



1 1


E1

E2

+

-

+ Vcc

- Vcc

Amplificateur

différenti

el

S1

S2

VD VSDVE1

VE2

VS1

VS2

ntrée N on Inverseuse

E ntrée Inverseuse

ension Différentielle déntrée ension Différentielle de Sor



1 1


n Quatre paramètres importants:

¡ Tension différentielle déntrée¡ Amplification différentielle

¡ Tension en mode commun

¡ Amplification en mode commun¡ Taux de Rejection en Mode Commun

21 E E D V V V −=

D DSD V AV ×=

( ) 221 E E C V V V +=

C D DSD V AV AV ×+×=

( ) C

D

dB A

ATRMC log20=



12

SCHÉMA SYNOPTIQUE DE LÁMPLIFICATEUR OPÉRATIONNEL

Amplificateur

différentiel

déntrée

Amplificateur

différentiel

intermédiaire

Étage

de

Puissance

S V

+V

−V

d V



13

REPRÉSENTATION SYMBOLIQUE

Vd=V+

- V-

→

Tension différentielle déntréeVS=AVd . Vd → Τ ension de sortie

AVd →Gain Différentiel de lÁOP



14

SCHÉMA ÉQUIVALENT

Basses fréquences

Zed impédance déntrée

Zo impédance de sortie



1517/12/2011 Mme LAMMARI

Amplificateur opérationnelidéal

Caractéristiques Impédance d’entrée infinie

Amplification différentielle de tension infinie Impédance de sortie nulle Bande passante infinie.

Schéma équivalent

=Vd 0

A vd =+




Amplificateur opérationnel idéal

Caractéristique de transfert Vs=f(Vd)

Vd=0 Zone linéaire Vd > 0 Fonctionnement zone en saturation positive V+ > V- => Vs = Vsat ≈ 0,9Vcc (commutation

état haut) Vd < 0 Fonctionnement zone en saturation négative V+ < V- => Vs = -Vsat ≈ - 0,9Vcc (commutation état

bas)



17

RÉALISATION DE FONCTIONS RÉALISATION DE FONCTIONS MATHÉMATIQUES MATHÉMATIQUES

MONTAGES FONDAMENTAUX À MONTAGES FONDAMENTAUX À AMPLIFICATEUR OPÉRATIONNEL AMPLIFICATEUR OPÉRATIONNEL

IDÉAL IDÉAL




Amplificateur Opérationnel idéalMontage Inverseur

Les tensions déntrée et de sortie sonten opposition de Phase

V e

1

2

e2

1e

V

V

0

R

RV

I RV

I R

V V or

V

S

S −=⇒

⋅−=

⋅=

==

−+

+




Amplificateur Opérationnel idéalMontage Non Inverseur

Gain toujours supérieur á 1 non ut l s l

n tténu t ur

+=⇒⋅

+=⇒

⋅−=−⋅=

==

−+

+

1

2e

1

2

2

1e1V1

V

R

R A

R

RV

I RV V

I R

V V or

V V

vS

eS

e

Gain Variable ?




Amplificateur Opérationnel idéalMontage Suiveur

Gain toujours égale á 1 ut l s l n

pt t ur

´ mpé n

1=⇒= AvV V eS




Amplificateur Opérationnel idéalMontage additionneur ou Sommateur

( )

( )21BA

21

R R

2

eeS

ee A

B A

S

V V V si

V V R

R RV

+=⇒=+

+

=




Amplificateur Opérationnel idéalMontage Soustracteur

VS

+

_

R2

R4

Ve1

R1

Ve2

R3

i 1

i 2

( )

R R etR R 4321

12

==

−=

si

V V V eeS




Amplificateur Opérationnel idéalMontage Intégrateur

+

_RVe(t)

C

Vs(t)i

i

( ) Vs t est la primitive de ( ) Vs t est la primitive de ( ) Ve t ( ) Ve t dt

dVs RC Ve

dt

dVsC i

R

Vei

−=⇒

−==




Amplificateur Opérationnel idéalMontage Dérivateur

+

_

R

Ve(t)C

Vs(t)i

i

( ) Vs t est la dérivée de ( ) Vs t est la dérivée de ( ) Ve t ( ) Ve t dt

dVe RC Vs

R

Vsi

dt

dVe

C i −=⇒

−=

=




SOMMAIRE

Amplificateur opérationnel réel Schéma équivalent Exemple de calcul de Gain, Impédance déntrée & de

sortie dún suiveur á AOP réel Caractéristique de transfert

Dérive de tension différentielle et impacts sur lefonctionnement de lÁOP réel

Solution á apporter à l´étage différentiel déntrée Caractéristique dynamique de lÁOP réel

Bande passante Applications de lÁOP réel Circuit comparateur ou bascule ( Trigger) de Smith Filtres actifs Oscillateurs



26

Amplificateur Opérationnel Réel

Caractéristiques Impédance d’entrée non infinie Impédance de sortie non nulle Amplification différentielle de tension non

infinie et en fonction de la fréquence Schéma équivalent

Zs



27

Montage suiveur à AOP réel

n Essayons de recalculer le gain en tension, límpédance déntrée et de sortie du montage suiveur à AOP réel

+

_

Ve

VS

+

- d vd V A

V+ V-

Zed

Zo

Vd

S V eV



28

Montage suiveur à AOP réel

Facteur amplificationFacteur amplification

Impédance déntréeImpédance déntrée

Impédance de sortie

+- d vd V A

V+ V-

Zed Zo

Vd

S V eV

( )

( )

Zed

Zo A

Zed

Zo A

Ve

V A

i Zed A ZoV

i Zed A Zo Zed Ve

dv

dv

S

edvS

edv

++

+

==

⋅+=⋅++=

1

( ) Avd Zed Zo Ze ++= 1

Zed

Zo Avd

Zo Z S

++=1



29

Amplificateur Opérationnel Réel Caractéristique de transfert

S V

d V

Sat V

Sat V −

Maxd V +

Maxd V −

−⟩ V V

−⟨ V V

A A´

B´ B

Zone de fonctionnement linéaire



30


’Partie AA Zone de

Fonctionnement

saturationpositive

+ > - => =V V Vs≈ ,Vsat 0 9Vcc

Zone linéaire = . .Vs Adv ·Vd

Tension Vd dévie

de qcq centaines de µv.autour de 0v

Tension de sortie ne pourra en

aucun cas

.dépasser Vccl ’Partie BB

l .Zone de Fonctionnement saturation négativel + < - => = - ≈ - ,V V Vs Vsat 0 9Vcc

A lifi t O é ti l Ré l



31

S V

d V

Sat V

Sat V −

Maxd V +

Maxd V −

−⟩ V V

−⟨ V V


effective

A A´

B´ B

±Dérive de autour du 0 Volts



32

Caractéristique de transfert effectiveSolutions à porter pour lever le

Problème de dérive Conception de l´étage différentielle déntrée de:sorte

Polariser de façon identique les transistors des étages symétriques

Éliminer les dérives de courant déntrée

Introduire une tension de décalage V =s 0 Assurer une tension de sortie maximale égale à

= ≈ .Vsmax Vsat 0 9 Vcc (Assurer un TRMC élevé T aux de R ejection en M ode

C )ommun

Assurer une vitesse maximale de variation de la( )tension de sortie SLEW RATE Rapidité de réponse de lÁOP à des signaux fortement variable et de

grandes amplitudes



33

Dérives courant & tension dans lÁOP réel Solutions

Polarisation identique des deux( ):étages symétriques PDE_AOP

+Tensions dálimentations Vcc–et Vcc égales

Courant de Polarisation Ip( NPUT BIAS CURRENT) doit être

:égale á

Assurer un fonctionnement en zone linéaire

=Vs 0 Application dúne tension V

=pour obtenir Vs 0

2

+− +=I I

I P



34

Caractéristique de transfert effectiveImpact sur le fonctionnement de AOP

réel

Éliminer les dérives de courant déntrée

( )PDE_AOP

Etage déntrée bien Etage déntrée bien construit construit : Ip identique pour

chacune des entrées S i n o n Courant de décalage d

éntrée ( NPUT OFFSET

CURRENT)+− −= I I I OS



35


réel

Introduire une tension V = ( )Vs 0 PDE_AOP

Tension de décalage d(éntrée V NPUT OFFSET

VOLTAGE) :

T nsion V à ppliquer à lúne

,es entrées láutre

la masse pour avoir=s 0



36


réel

:Assurer :Tension maximale de sortie = ≈Vsmax Vsat

.0 9 Vcc ( )Fonctionnement en zone linéaire TRMC élevé

. . . ’Le T R M C définit la capacité de l amplificateur différentiel à rejeter toute variation de

.tension en mode commun Vitesse maximale de variation de la tension de

“ ” ( ) « / »sortie ou Slew Rate SR V μS



37

Caractéristique de Transfert Dynamiquede lÁOP réel en boucle ouverte

En 1ere approximation, le gain A s´écrit:

Ao : gain en statique f c : fréquence de coupure à 3dB,

C

o

f

f j

A A

+=1

Zs



38

Caractéristique de Transfert Dynamiquede lÁOP réel en boucle ouverte

C

o

f

f

j

A A

+

=

1

Zs



39

Amplificateur Opérationnel RéelApplication en comparateur

_____________ __ __ ____ __ ____

______ _ ____ ______

____ ___ _ _____ ___ __ ______ ___ ____ __ _________ __ __

___________ __ __ _______ _ _ ______

___ _________ ___________ _ _____ __ ___________ _ _______ _ ________

__________ _____________

Fonctionnement de LÁOP en tout ou rien

LÁOP change d´état chaque

fois que Ve passe par la valeur Vref , soit en croissant ou en

,décroissant et ce lorsque Vd sánnule

:Deux grandeurs importantes Le temps de basculement La tension Vd minimale

provoquant lebasculement

VS

+

_Vref

Ve

Vs

Ve

Vref



40

Comparateur á verrouillageTrigger de Smith

Le trigger de schmitt est uncomparateur à hystérésis.

(s t)

(e t)

( )( )

( )

( )21

2

21

1

21

2

21

1

21

12

11 R R

V R

R R

V RV

R R

Rt V

R R

R

R R

R

V

R

t V

V V t V V V ref H

ref S

ref S

sat H S ref +

⋅+

+⋅

=+

++

=+

+=+=== ++

( )

⟨−=

⟩+=

= −+

−+

V V V V

V V V V

t V sat L

sat H

S si

si

( )( )

( )

( )21

2

21

1

21

2

21

1

21

12

11 R R

V R

R R

V RV

R R

Rt V

R R

R

R R

R

V

R

t V

V V t V V V ref L

ref S

ref S

sat LS ref +

⋅+

+⋅

=+

++

=+

+=−=== +−



41


Fonctionnement :À t=0, (hypothèses)

Vs(0) = VH = Vsat

VV++(0) = V(0) = V++ref.ref. Tension d’entrée Ve(t) = V Ve( t) = V --

augmenteaug mente.

(s t)

(e t)

( ) H S V V =0

0=t

( ) −=V t Ve

( )( )21

2

21

1

R R

V R

R R

V RV t V V V

ref H sat S ref +

⋅+

+⋅

=+== ++

(s t)

(e t)



42


Fonctionnement :Puis

Tension d’entrée Ve(t) = V Ve( t) = V --

augmenteaug mente.

Dés que Potentiel V- atteintPotentiel V+

= potentiel

V+ref, Vs(t) bascule etpasse de VH à VL.

V+ passe de V+ref V-ref

(s t)

(e t)

(s t)

(e t)

( ) Vsat V t V LS −==( ) −=V t Ve

ref V V ++ =

( )( ) 21

2

21

1

R R

V R

R R

V R

V t V V V

ref L

sat S ref +

⋅

++

⋅

=−=+−

ref V V −+ =



43


Fonctionnement : Basculement de Vs(t)

provoque

Passage V

+

: V

+ref V

-

ref . Basculement suivant :

De Vs(t) VH se réaliselorsque Ve(t) atteint, en

diminuant, la tension deréférence V+ref

ainsi de suite……

(s t)

(e t)

(s t)

(e t

)

rigger de Smith inverseur

( ) Vsat V t V LS −==

ref V V −+ =

(s



44


Largeur d’hystérésis ΔV = V+

ref - V-ref

Centre de l’hystérésis

)

(e)

rigger de Smith inverseur

( ) L H ref ref V V R R

RV V V −

+=−=∆ +

21

1 _

21

12 alors Si R R

Vsat RV Vsat V V L H +=∆+=−=

( )

( )21

2

21

2

22 R R

V V R

R R

V RV V

VcL H ref ref ref

++

++=

+

=

−+

0

21

2

=⇒+

=⇒=−=

VcV

R R

V RVcV V V

ref

ref

sat L H

Trigger de Smith est ditcentré



45

Comparateur á verrouillage Trigger de Smith

Trigger de Smith peut être réalisé :qAmplificateurs opérationnelsqTransistorsqPortes logiquesqCircuits intégrés



46

Applications du trigger de Smith1.Générateur de signaux

n Génération de signauxcarrés(rectangulaires)

¡ Rapport cyclique

T

t t RCY

12 −=

( )T Période

´état haut durée de l Rcy =

T t t Rcy 12 −=

S(t) avec RCY = 0,5 ( signal carré)

( ) dt t eT

VeVeT

moy ∫ ==0

1



47

Applications du trigger de Smith2.Élimination de Bruit superposé au signal utile

n Définition du Bruit¡ tout signal perturbateur venant s

ájouter au signal utile àtransmettre. Se traduit :n Variation aléatoire dámplituden Variation aléatoire de phase

n Perturbation temporelle oufréquentielle

Bruit à léxtrémité du canal de transmission ru tst s qu lqu so t l

s n l t mêm n s n s n l ru t mult pl t s

Qu´ n prés n s n l



48

Applications du trigger de Smith2.Élimination de Bruit superposé au signal utile

n Transmission numérique s n l ompl x plus urs

rmon qu s ou

réqu n s n l ru t

n olut onolut on

¡ Tr r m t u

n v u u ré pt ur n R omm n t onc a da omm n t onc a da

¡ L r urg dr urg d´ stéré s sstéré s s ∆ ςςφ α ι β λ ε π ο υ ρα ι β λ ε π ο υ ρυ ν ν ι ϖ ε α υ δ εν ν ι ϖ ε α υ δ ε



49

SOMMAIRE

17/12/2011 A.LAMMARI49

§ &Introduction Présentation

§ ( )Amplificateur opérationnel idéal AOP

§ Montages fondamentaux

§ Amplificateur opérationnel réel

§ : –Applications trigger de Smith–scillateurs Filtres

A li ti d lÁOP



50

Applications de lÁOPOscillateur

n Oscillateur ¡ Principe : remplacer le signal d’entrée

par un signal de réaction¡ Fonctionnement : existence d’unsignal en sortie sous condition quele signal de réaction possède

l’amplitude et la phase requise¡ Résultat générations de signaux

sinusoïdaux

A li ti d lÁOPPont de WEIN



51

Applications de lÁOPTypes d’oscillateurs

n Oscillateur à Pont de WEINOscillateur à Pont de WEIN¡

n Oscillateur à réaction négative¡

n Oscillateur à réseau de déphasage

n¡



Applications de lÁOP3.Oscillateur à Pont de WEIN

n Oscillateur à Pont de WEINVr : fraction de latension ramenée dela sortie vers léntrée

+

=

+=

ω

ω

jC

R Z

jC R Z

1

1

P.Wr oscillateuunavoir pour

satisfaireàConditions

2

1

Utilisation : fréquences basses ou moyennes5Hz→1ΜΗ ζ



Applications de lÁOPOscillateur à Pont de WEIN

n Tension d’ entrée : Vr

n Tension de sortie : VS

n

n Vr est ramenée de lasortie vers l’entrée

LDT 21

2 →+

= S r V Z Z

Z V

LDT 21

1 →+

=+S V

R R

RV

Amplificateur idéal en régime linéaireRamène l’entrée inverseuse et non inverseuse au même potentiel

V -

−+ =V V




S r V Z Z

Z V 21

2

+=

21

1S V

R R

RV

+=+

On peut écrire :

−

−+

=

=

V V

V V

r

1=+V

V

V

V S

S

r Produit de Gain

Quadripôles montés en cascade




On peut écrire :

1=+V

V

V

V S

S

r

etAS

r S

V

V

V

V == + β

Fonctions de transfert de chacun des quadripôles

Fonction fondamentale qui régit le fonctionnment des Oscillateurs sinusoïdaux

1=⋅β A CONDITION DE BARKHAUSEN




1

21

R

R R A

+== +V

V S

Calcul de A et

−+

=+

==

ω ω

β

CRCR jV

V

S

r

13

1

ZZ

Z

21

2

réelêtredoitréelestA1, β β ⇒=⋅ A

( ) 01

0

11

3

1

R

R R

1

21

=−⇒=⇒

=

−+

⋅+

=⋅

ω

ω β

ω ω

β

CR

CRim

CRCR j

A

Condition satisfaite ssi R2=2R1

Fréquence de résonnance

( ) 31oùd'2

1

200=→== f

C Rπ

π

ω f β 1

3

1

R

R R

1

21 =⋅+

=⋅β A




Condition de maintien de l’oscillation

131

32 12 =→

==

⇔= β β

A A

R R

SINON PAS D’ONDE SINUSOïDALE EN SORTIE

tiede la sor Saturationation sur Oscill A

ses périodede quelquie au bout onde amort A

⇒→⟩

→⟨

3

3



12/17/11 A.LAMMARI 58

Oscillateur à Pont de WEIN Comment démarrer le système

n Au démarrage:¡ Réaction positive4

Réaction s³f`whyd

ét l ss m nt s

os ll t ons n és qu s n l

sort tt nt

n v u voulu Réaction s³f`whyd

vxeehv`swd ËtxÌ

Ì³cxhÌd f ` h s d s` h s d s

a t x b q d ) « t x b q d ) «

C t dé ′R2R



Comment démarrer unoscillateur

n Mise sous tension :

¡ RRLampeLampe < R1< R1

n n ou l

rmé ntr l ´ ntré nonnv rs us V ort t Aβ >

n Ét l ss m nt s os ll t ons ¡ V rêt à rêt

st su s nt pour u m nt r

RLampe ¡ Lorsqu R

Lampe R

A

B

312

=+′′

= R

R ACL

17/12/2011 A.LAMMARI 59

Lampe R

Sortie

−+=+==

ω ω

β CRCR j

V

V

r

S 13

Z

ZZ

1

2

21

−+

⋅′+

=⋅

ω ω

β

CRCR j

R A

13

1

R

2R

Lampe

Lampe



Applications de lÁOPFITRES ACTIFS

DIFFERENTS TYPES DE FILTRES

PASSE BAS

PASSE HAUT

PASSE BANDE

REJECTEUR ( COUPE BANDE)



n Réalisation :Réalisation : 11er er cascas¡ Circuit retard RC associé à un suiveur

11

max

2

11

C R fc

Av

π =

=

V-



n Réalisation:Réalisation: 2 2 emeeme cascas

13

1

2

max

2

1

1

C R fc

R

R Av

π =

+=



n Réalisation:Réalisation: 33emeeme cascas

12

1

2

max

2

1

C R fc

R

R Av

π =

=



n Étude dún casÉtude dún cas

( ) ( )

==

==⇒

=

=

− kHz fc

Av

C R fc

R

R Av

3710*100430002

1

195220

43000

21 12

12

1

2

max

π π Ω= 2201 R

pF C 1001 =

Vin

Vout

Ω= k R 432

TRACÉ DE BODE



FIN DU COURS FIN DU COURS

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