Amplificateur opérationnel

Résumé du document

Comme nous avons pu le constater, les montages amplificateurs de base à transistors ne sont pas très commodes d'emploi :
ils ne transmettent pas le continu ;
ils sont tributaires des dispersions des transistors, ce qui fait que leurs caractéristiques sont imprécises et non répétables ;
leurs performances sont moyennes, et à moins d'aligner un montage à plusieurs transistors, on ne peut pas avoir simultanément fort gain en tension, haute impédance d'entrée et faible impédance de sortie.
Les amplificateurs opérationnels sont nés au début des années 60, quand on a commencé à intégrer plusieurs transistors et résistances sur le même substrat de silicium ; cette technologie a permis de bâtir des montages complexes, et de les faire tenir sur une petite plaquette de silicium encapsulée dans un boîtier (généralement à 8 broches) commode d'emploi.
Avec ces composants, on a eu accès à des amplificateurs simples d'utilisation, transmettant des signaux continus, et à mise en œuvre facile à l'aide de quelques composants annexes (résistances, condensateurs...) ; les caractéristiques des montages obtenus ne dépendent quasiment plus de l'amplificateur opérationnel, mais uniquement des composants passifs qui l'accompagnent, ce qui garantit une bonne fiabilité du résultat et assure sa répétabilité.
Les amplificateurs opérationnels ont beaucoup progressé depuis leur création, et tendent maintenant à devenir très proches de l'amplificateur idéal (l'amplificateur opérationnel parfait, AOP).

Extraits

[...] Ce circuit est fait pour ça. Fig Montage exponentiel. Par des calculs analogues aux précédents, on démontre facilement et de la même manière : En pratique, on trouve des circuits intégrés tout faits comprenant le montage Log, le montage exponentiel, ainsi que les compensations thermiques et diverses possibilités de réglage de gain. Ces montages sont des multiplieurs analogiques, et servent notamment, en mesures, à linéariser certains capteurs. A noter que ces composants sont délicats, coûteux, et présentent des dérives importantes. [...]

[...] Fig Système à deux pôles. Un système du premier ordre sera toujours stable (phase mini de et les ennuis vont commencer dès le deuxième ordre (dépassements, oscillations amorties . Il faut un troisième pôle pour arriver aux conditions d'oscillations, mais dans les amplificateurs opérationnels, on trouve toujours ce pôle supplémentaire, soit en interne, soit dans les composants externes (câblés volontairement ou parasites). Ce troisième pôle, même placé assez loin du deuxième, abaissera suffisamment la phase pour que les conditions d'oscillation soient réunies Condition de Barkhausen. [...]

[...] Le gain Avd est infini ; dans ces conditions, - ) va tendre vers 0. De cette dernière constatation, on peut tirer une équation simplissime, mais fondamentale, et toujours vraie en fonctionnement linéaire : Comme est à la masse, se retrouve au même potentiel : comme ce point n'est pas relié physiquement à la masse, on parle de masse virtuelle ; pratiquement, et du point de vue calcul, tout se passe comme si était vraiment relié à la masse. Ces constatations étant faites, le calcul du gain en tension est un jeu d'enfant : On fera attention à l'expression : la tension et le courant sont dans le même sens, d'où le signe Le gain en tension est donc négatif, et sa valeur ne dépend que des deux résistances R1 et R2, qui peuvent être très précises : contrairement aux montages à transistors, le résultat va être fiable et répétable ! [...]

[...] Les montages à seuil (comparateurs, triggers), sont bien entendus aussi affectés par l'offset, et on en tiendra compte pour des faibles signaux Courants de polarisation. On a vu que les transistors de l'étage différentiel d'entrée étaient polarisés par l'extérieur ; le courant de polarisation va donc circuler dans les composants externes à l'ampli. La chute de tension ainsi provoquée va s'ajouter à l'offset en tension. Afin de minimiser les écarts entre les deux entrées, on veillera à ce que celles-ci "voient" les mêmes impédances. [...]

[...] Les amplificateurs opérationnels sont ainsi des composants assez robustes, ne nécessitant pas trop de précautions d'emploi (tout est relatif . ) 6 Puissance dissipée. Quand un ampli débite du courant, les transistors qui le constituent (notamment ceux du push-pull de sortie) dissipent une puissance non négligeable. Les amplis encapsulés en boîtiers traditionnels (DIL8 ou CMS) peuvent dissiper entre 250mW et 1W (à 25°C). Les amplis de puissance pré-cités sont encapsulés en boîtiers de puissance (boîtiers isowatt, voire TO3 pour le LM12), et peuvent dissiper plusieurs watts, à condition bien sûr de les munir du radiateur adéquat ! [...]