gpa667 conception et simulation de circuits Électroniques 14/10/2013 amplificateurs opÉrationnels...
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GPA667
CONCEPTION ET SIMULATION
DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES
14/10/2013AMPLIFICATEURS OPÉRATIONNELS
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CIRCUITS COMPOSÉS
• Sources de courant
• Source de courant (Miroir)
• Amplificateur différentiel
• Amplificateur opérationnel
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OPÉRATIONELS2
SOURCES DE COURANT
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OPÉRATIONELS3
Transistors FET
I = IDSS
SOURCES MIROIRS
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OPÉRATIONELS4
Transistors BJT
+vcc
SOURCES MIROIRS
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Transistors BJT
+vcc
AMPLI. OPÉRATIONNELS
• Ampli. Op. : Définitions
• I au noeuds d’entrée = 0
• Masse virtuelle
• Paramètres C.C : VIO, IIB, IIO,
• Paramètres C.A : AD, AC, CMRR, GBW, SR
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AMPLI-OPÉRATIONNEL
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AMPLI-OPÉRATIONNEL
• Entrées : Vi1, Vi2
• Entrée en mode différentiel, Vd
• Entrée en mode commun, Vc
• Tension de sortie, Vo
• Ad : gain différentiel,
• Ac : gain mode commun14/10/2013
AMPLIFICATEURS OPÉRATIONELS
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AMPLI-OPÉRATIONNEL
• CMRR = Ad/Ac
• CMRR (dB) = 20 log Ad/Ac
• Le CMRR est très élevé ( 90 dB)• Le courant qui entre dans chacune des
entrées est négligeable ( 0)• Le gain Ad est très grand ( 200,000 )
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AMPLI-OPÉRATIONNEL
Pour résoudre tous les circuits avec AMPLI-OP en mode linéaire, il faut retenir 2 règles qui découlent des caractéristiques de l’ampli-op.
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AMPLI-OPÉRATIONNEL
Règle 1 ( I+ = I- 0 )
La somme des courant aux nœuds d’entrée ( + et - ) = 0
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Règle 2 ( Ad très grand et Vo )
La différence entre les deux tensions d’entrée, V+ et V- est très faible. On a pratiquement V+ V-.
AMPLI-OPÉRATIONNEL
La règle 2 permet d’introduire la notion de masse virtuelle. Quand l’entrée V+ est à la masse ( 0V ), on a V- 0 V. On dit que V- se comporte comme une masse virtuelle. V- n’est pas à la masse mais sa tension est presque OV. Si Ad = 20,000 et V1 = 1V alors Vi = 0.5 mV.
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V-
V1
CIRCUITS DE BASE
• INVERSEUR• NON INVERSEUR• SUIVEUR• SOMMATEUR• INTÉGRATEUR• DÉRIVATEUR
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Vous avez déjà vu ces circuits de base en GPA325
AMPLI-OP PRATIQUE
PARAMÈTRES C.C.
• Tension de décalage à l’entrée VIO
• Courant de polarisation à l’entrée IIB
• Courant de décalage à l’entrée IIO
• Tension de décalage à la sortie VO(offset)
• VO(offset) = VO(offset VIO) + VO(offset IIO)
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AMPLI-OP PRATIQUE
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VO(offset VIO) :Tension de décalage à la sortie due à VIO
AMPLI-OP PRATIQUE
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IIB :Courant de polarisation à l’entrée
AMPLI-OP PRATIQUE
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VO(offset IIO) :Tension de décalage à la sortie due à IIO
RC = R1 Rf
AMPLI-OP PRATIQUE
PARAMÈTRES C.A. ou DYNAMIQUE
• Produit Gain-Largeur de bande ou « Gain BandWidth Product » GBW
• Taux de montée, Slew Rate (SR)
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PRODUITGAIN-LARGEUR DE BANDE
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PRODUITGAIN-LARGEUR DE BANDE
• À basse fréquence, le gain de l’ampli-op est AVD jusqu’à la fréquence de coupure fC.
• La fréquence f1 est la fréquence pour laquelle AVD = 1• À partir de fC, le gain AVD diminue avec une pente de 20
dBdécade ou 6 dB octave. On a une décade entre f1 et f2 si f2 = 10 f1. On a un octave entre f1 et f2 si f2 = 2 f1.
• Le produit fC x AVD = f1 x 1 = constante et s’appele :
Produit Gain x Largeur de bandeou « Gain Bandwith Product »
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Taux de montée SR« SLEW-RATE »
• Un ampli-op pratique possède une limite supérieure quant au taux de variation de sa tension de sortie en V/uS.
• Cette limite supérieure s’appelle le SR de l’ampli-op.
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Taux de montée SR« SLEW-RATE »
• Si le signal de sortie est élevé, la fréquence maximale qui peut être amplifiée sans distorsion sera plus basse.
• Par contre, si le signal de sortie est faible, la fréquence maximale qui pourra être amplifiée sans distorsion sera plus élevée.
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Taux de montée SR« SLEW-RATE »
• Si le signal est sinusoïdal et d’amplitude K, la fréquence maximale f ou la fréquence angulaire dépendra du SR selon :
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AMPLI-OP uA741 ou équiv.
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CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES
AMPLI-OP uA741 ou équiv.
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NOTICE TECHNIQUE
AMPLI. DIFFÉRENTIEL
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R4
R2
R1
R3
AMPLI. DIFFÉRENTIEL
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Si les résistances sont égales, Vo = V1 – V2
R
R
R
R
V1
V2
AMPLI. DIFFÉRENTIEL
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En pratique, il est difficile d’avoir 4 résistances égales ou du moins avec des rapports (R1 : R3) et (R2 : R4) égaux. De plus l’impédance d’entrée est limitée par la valeur des résistances qui ne peut pas être très grande. En pratique, on peut difficilement avoir des résistances supérieures à 1 M sans produire une tension de décalage à la sortie.
AMPLI. NON INVERSEUR
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Pour augmenter l’impédance d’entrée, on choisit la connexion non inverseur. On a le cas particulier d’un ampli. suiveur lorsque Rf = 0 et R1 = . L’impédance est élevée parce que le courant d’entrée est de l’ordre de grandeur du courant de polarisation soit quelques nA.
AMPLI. SUIVEUR
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Vo/V1 = 1.
AMPLI. INSTRUMENTATION
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En combinant deux ampli. non inverseur à haute impédance d’entrée, on peut obtenir deux entrées et deux sorties différentielles. Par la suite, on transforme le signal de sortie différentiel en un signal unipolaire par rapport à la masse en utilisant un ampli. Différentiel. L’ensemble produit ce que l’on appelle un ampli. d’instrumentation.
AMPLI. INSTRUMENTATION
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AMPLI. INSTRUMENTATION
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On peut réaliser un ampli. d’instrumentation avec des composants discrets mais pour plus de précision, les composants sont intégrés. Il est alors facile d’obtenir des résistances R d’égales valeurs. La résistance RP se situe habituellement à l’extérieur du boîtier et elle permet de fixer le gain de l’ampli. À la valeur désirée.
Millivoltmètre C.C.
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Conversion TENSION - COURANT