L'amplificateur opérationnel : description et fonctionnement
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• décrire le brochage d'un amplificateur opérationnel et le polariser ;
• tracer et interpréter sa caractéristique de transfert ;
• distinguer le régime linéaire et le régime saturé ;
• modéliser et idéaliser un amplificateur opérationnel.
Situation
Depuis les années 1960, des circuits intégrés remplacent les montages faits de composants séparés soudés sur une carte. Parmi eux, l'amplificateur opérationnel sait amplifier, additionner, soustraire des tensions… Comment fonctionne-t-il ?
I. Présentation de l'amplificateur opérationnel
1. Description et brochage
Un circuit intégré rassemble, sur une petite puce de silicium, de nombreux composants (transistors, diodes, résistors) qui concourent à une même fonction. L'amplificateur opérationnel (A.O.) en est un exemple : son boîtier à 8 broches est numéroté à partir d'un repère (encoche ou point).
Le brochage
- Borne 2 : entrée inverseuse E- ; borne 3 : entrée non inverseuse E+ ; borne 6 : sortie S.
- Bornes 4 et 7 : alimentation par deux tensions continues symétriques, - Vp et + Vp (en général ± 15 V), repérées par rapport à la masse : ce sont les tensions de polarisation.
- Bornes 1 et 5 (« offset ») : réglage d'un petit décalage de la tension de sortie.
Un triangle pointant vers la droite (notation américaine) ou un rectangle (notation européenne), avec ses deux entrées et sa sortie. Sur les schémas, on ne dessine pas le circuit de polarisation.
Toutes les tensions sont repérées par rapport à la masse : u+, u-, us. La tension différentielle d'entrée est ε = u+ - u-.
II. Fonctionnement de l'amplificateur opérationnel
1. La caractéristique de transfert
On relève us en fonction de ε :
Deux régimes de fonctionnement
- Régime linéaire : pour - εm < ε < + εm, us = Ad.ε. Le coefficient d'amplification différentielle Ad (ou gain) est très grand (environ 105), si bien que εm ne vaut que quelques dizaines de microvolts.
- Régime saturé : au-delà, us ne suit plus ε : us = ± Usat, valeur proche de la tension de polarisation (un peu inférieure).
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