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Cours électricité Amplificateur

Définition de l’Amplificateur

Un amplificateur est un quadripôle destiné à accroître l’amplitude une grandeur électrique sans en modifier la forme d’onde.

définition Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur aop1

L’amplificateur est un quadripôle vis à vis de l’entrée et de la sortie de signal. On fait abstraction des alimentations pour le caractériser par rapport au traitement du signal. Cependant les alimentations sont indispensables, en particulier en cas d’amplification de puissance.

L’amplificateur idéal produirait Vs = k . Ve avec une impédance d’entrée infinie et une impédance de sortie nulle. En réalité k n’est pas réel et comporte des non linéarités, l’ impédance d’entrée est de valeur finie et l’impédance de sortie est non nulle.

 

Caractérisation des amplificateurs

Linéarité

linéarité Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur aop2

Le niveau des alimentations fixe des extremum qui ne peuvent pas être dépassés.
Le domaine linéaire est caractérisé par sa pente. Un défaut de linéarité peut être exprimé par la variation de cette pente en fonction de l’amplitude des signaux, de la température ou d’un autre paramètre. Éventuellement la fonction ne passe pas par zéro, c’est le décalage d’offset.

 

Réponse en fréquence

Les diagrammes de Bode liés à la fonction de transfert T = Vs / Ve caractérisent la réponse en fréquence et permettent de définir notamment la bande passante de l’amplificateur.

réponse Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur aop3

wh – wb = bande passante à -3dB.

 

Impédance d’entrée et de sortie

On définit comme pour les quadripôles les impédances d’entrée et de sortie.

Amplificateur linéaire intégré

 

Symboles

Dans les sujets de concours différentes symbolisations sont utilisées.

symboles Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur aop4

Les tensions d’alimentation ne sont pas toujours représentées. Dans ce cas il est recommandé de rechercher quelles sont leurs amplitudes. Éventuellement elles ne sont pas symétriques.

 

Amplificateur linéaire intégré parfait

Cette appellation est associée à l’ensemble des hypothèses suivantes :
– Linéarité :

parfait Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur aop5

– Réponse en fréquence, dans le domaine linéaire Vs / epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon est réel et constant.
– Impédance d’entrée infinie.
– Impédance de sortie nulle.

Amplificateur linéaire intégré réel

  • Linéarité
    Ordre de grandeur des variables :
    Dans le domaine linéaire, Vs/epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon = A0 ~ 105, epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon2 epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon1 ~ 0,3 mV, epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon0 ~ de 10µV à 30mV
    Il existe des amplificateurs intégrés linéaires qui possèdent des broches supplémentaires permettant de corriger par un potentiomètre la valeur du décalage d’offset à l’entrée. Mais ce réglage est valable pour une température de fonctionnement seulement et le réglage dérive dans le temps. Compensation d’offset :
    compensation Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur aop7
    Alimentation, 3V < Vcc < 18V
    Vsat+ ~ -Vsat- ~ Vcc-2V
  • Plage des tensions d’entrée en mode commun
    Les broches d’entrée + et – doivent être à un potentiel compris entre (-Vcc+2Volts) et (+Vcc-2Volts). Le fonctionnement des étages d’entrée est dégradé si cette condition n’est pas respectée.
    Les amplificateurs intégrés linéaires  » single supply  » travaillent avec une seule alimentation. Ils ont une plage de fonctionnement en entrée étendue de 0V à (+Vcc-2Volts). Pour ces composants la tension Vsat- = 0V.
    Les amplificateurs intégrés linéaires  » rail to rail  » ont une plage de fonctionnement en entrée étendue de 0V à +Vcc. Pour ces composants la tension Vsat- = 0V et Vsat+ = Vcc.
  • Réponse en fréquence
    A = Vs/epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon = A0 / (1+jw/w0)

    réponse Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur aop8

    Ordre de grandeur des variables :
    20logA0 ~ 100dB
    f0 ~ 10 à 100Hz
    f c0 ~ 1MHz à10MHz
    Notons qu’à f c0 , epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon = Vs. Par conséquent l’hypothèse epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon ~ 0 est absurde, il faut recalculer les fonctions de transfert des structures en tenant compte de epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon. L’hypothèse epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon ~ 0 est acceptable pour les très basses fréquences seulement.

  • Vitesse de balayage de la sortie ou slew rate
    En plus du diagramme de Bode 20log[Vs/epsilon Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur epsilon] = g(f) le constructeur spécifie la valeur maximale du slew rate (dVs/dt)maxi du composant (de 0,1V/µs à 20V/µs). Cette donnée tient compte de l’amplitude du signal de sortie.
  • Impédance d’entrée
    Les amplificateurs linéaires intégrés les plus répandus ont un étage d’entrée à transistor à effet de champ ce qui permet de très fortes impédances d’entrées.
    Ordre de grandeur de Re ~ 1012 omega Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur omega
  • Courant d’entrée
    Vis à vis des petits signaux l’impédance d’entrée est très forte mais l’étage d’entrée injecte sur les broches d’entrée des courants continus. Ces courants sont de même sens et de même ordre de grandeur sur les broches d’entrées + et -.
    Ordre de grandeur des courants de polarisation en entrée Ie+ ~ Ie- ~ 1pA à 10µA. Ces courants sont très sensibles à la température.

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    • Impédance de sortie 
      Ordre de grandeur de Rs ~ 100 omega Cours électricité Amplificateur Cours électricité Amplificateur omega
    • Courant maximal de sortie
      Les amplificateurs intégrés linéaires sont protégés contre le court-circuit. En général le courant de sortie ne peut pas dépasser 10 à 30mA

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