Les amplificateurs opérationnels

Les premiers ampli-op (surnom familier de l'amplificateur opérationnel) ont été développés durant la seconde guerre mondiale et ont été construits à partir de tubes à vide.Ces premiers ampli-ops ont été concus pour être utilisés dans des calculateurs analogiques. Le terme "amplificateur opérationnel" provient du fait que ces circuits effectuent généralement des opérations mathématiques. Tous les ampli-ops sont capables d'effectuer des calculs. En effet, ils ne font qu'amplifier la différence de tension appliquée au bornes de leurs entrées. Le schéma si dessous nous montre le diagramme généralement utilisé pour les ampli-ops:

Symbol de l'ampli-op

Les symboles - et + sont les entrées inverseuses et non-inverseuses et n'ont rien à voir avec la polarité des signaux qui peuvent leur être appliquées. En effet, les symboles font référence à ce qui arrive au signal appliqué à une entrée particulière. Un signal appliqué sur une entrée non-inverseuse garde sa polarité tandis que s'il est appliqué sur une entrée inverseuse, il change de signe.

Comme l'ampli-op amplifie la différence de potentiel appliquée à ses entrées, il n'y a pas de masse visible sur le symbole de l'ampli-op utilisé sur les schémas électroniques. Si une entrée n'est pas utilisée, elle doit être mise à la masse sinon elle est dite "flottante" et risque d'entraîner un comportement bizaroïde de l'ampli-op. La première application ( voir figure ci-dessous) montre un ampli-op du type LM741 monté en comparateur. S'il n'y a pas de différence de tension entre la tension de référence et la tension d'entrée, la tension de sortie sera égale à zéro. Mais si la différence de tension varie, la sortie de l'ampli-op va varier de façon brusque entre les valeurs d'alimentations positive et négative de l'ampli-op.

Comparateur

Les ampli-ops peuvent avoir un gain très élevé; des rapports de 100,000 pour 1 ou plus sont courants. Malgré tout, des composants externes doivent être utilisés pour obtenir un comportement linéaire en sortie (C'est ce qui permet d'obtenir en sortie une reproduction fidèle d'un signal d'entrée plus faible). Ces composants externes comme les résistances par exemple peuvent réintroduire le signal de sortie sur une entrée. C'est ce qu'on appelle le feedback ou la rétroaction qui peut agir sur le gain pour conserver un comportement linéaire à l'ampli-op. Ci-dessous, on peut voir un ampli-op (LM741) monté en amplificateur inverseur.

Amplificateur Inverseur

Dans ce circuit, une fraction de la tension de sortie de l'ampl est réinjectée dans l'entrée de l'ampli. R2 est la résistance de rétroaction, tandis que R1 est la résistance d'entrée. Le gain du circuit est déterminé par la formule suivante :

gain  =  - (R2   /  R1)

Les signaux d'entrée d'un ampli-op peuvent être aussi bien AC que DC. La forme du signal de sortie va bien sûr dépendre de la forme du signal d'entrée. Le gain d'un ampli-op est indépendant de sa tension d'alimentation et donc , accroitre la tension d'alimentation n'aura pas d'effet sur son gain (mais peut détruire l'ampli-op si on dépasse les tensions admises !). La tension maximum de sortie de l'ampli-op ne dépassera jamais sa tension d'alimentation. Les entrées d'un ampli-op ne pompent que très peu de courant (quelques picoampères seulement).Cette quantité est si infime qu'elle est généralement négligée.

Réalisation : LaboElectronique.be