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Les montages AOP en régime linéaire

Index de l'article

Généralités

Les Amplificateur Opérationnels en régime linéaire sont utilisés pour réaliser les opérations mathématiques telles que:

  • La différentiation ou la dérivation
  • L'intégration

De plus les AOP sont utilisés dans les montages de conversion à savoir:

  • Convertisseur courant tension
  • Convertisseur tension courant
  • Convertisseur d'impédance
  • Changeur d'impédance etc.

Cependant en régime linéaire, l'amplificateur opérationnel doit être correctement alimenté pour que la grandeur de sorite ne soit pas déséquilibrée.


Amplificateur opérationnel en régime linéaire

Suiveur

C'est le montage adaptateur d'impédance, il présente une impédance d'entrée infinie et une impédance de sortie nulle. La tension de sortie est égale à la tension d'entrée.

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Généralement les amplificateurs suiveurs sont utilisés à l'entrée des amplificateurs inverseur ou non inverseurs pour augmenter les impédances d'entrée. Les montages non inverseurs et suiveurs sont fréquemment utilisés dans les régulateurs de tension à ampli OP.

Amplificateur non inverseur

Pour un amplificateur non inverseur, la tension d'entrée est appliquée à l'entrée inverseuse.

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Soit A le gain en tension de l'amplificateur en bande fermée.
A=VS/Ve ; A=1+RF/R

Amplificateur inverseur

La tension d'entrée est appliquée à l'entrée inverseuse.

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Sommateur inverseur

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Sommateur non inverseur

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Amplificateur différentiel

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Trouvons VS1 en court-circuitant V1

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L'application du principe de superposition donne immédiatement la tension ci-dessus.
Dans le cas particulier où Z'1=Z1=Z'2=Z2=R
VS=V2-V1
Le montage devient un soustracteur.

Montage intégrateur

Pour calculer la tension de sortie d'un montage intégrateur nous supposons que:

  • L'amplificateur opérationnel est parfait (i+=i-=0)
  • Le condensateur est initialement déchargé (Q=0 à t=0)

D'où les relations suivantes

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Montage dérivateur

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Les hypothèses concernant l'amplificateur opérationnel et les conditions initiales sont les mêmes que précédemment

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Convertisseur numérique analogique (CNU)

Un signal analogique SA(t) est un signal continu au sens mathématique du terme donc la valeur est fonction de la variable continue t. t ici est le temps SA(t) possède une dimension.
Un signal numérique SN(nTE) est un signal discontinu donc la valeur est fonction d'une variable discontinue nTE, n appartient à N. TE est la période d'échantillonnage des mesures Sn(nTE) n'a pas de dimension

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A un signal numérique d'entrée le convertisseur numérique analogique fait correspondre un signal analogique de sortie proportionnel à la valeur numérique représentée par le signal d'entrée.
A des instants TE, 2TE... nTE imposer par une horloge, l'information numérique d'entrée est exprimée sous la forme d'un nombre N codé dans le système binaire au moyen de P élément binaire. N=(ap-1,ap-2,...an)
Le signal de sortie est un signal analogique US(t) défini par la relation US(t)=q.N
q: quantité de convertisseur
N: le nombre numérique d'entrée.

Exemple Convertisseur Numérique Analogique (CNA) à résistances pondérées

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La structure ci-dessus est celle d'un sommateur analogique. Le signal numérique d'entrée N est défini par les éléments binaires Dn-1 à D0. Ceux-ci commandent respectivement les interrupteurs Kn-1 à K0
Cela permet d'affecter différentes valeurs à l'intensité i du courant. Ce dernier est converti en tension de sortie US au moyen de l'AOP. Le signal de sortie US(t) est US(t)=q0N avec q0= (-1/2n)Uref

Discontinuité du signal analogique de sortie

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Dans une chaîne de traitement numérique une séquence de commande est une suite de nombre [N] présente à l'entrée du CNA au rythme imposé par un signal d'horloge de période TE. En sortie on dispose d'un signal analogique US(t) discontinu, un filtre passe bas F est utilisé pour utiliser pour l'éliminer les harmoniques de fréquence d élevées, ce filtre restitue le signal US(t) lissé.


Convertisseur analogique numérique (CAN)

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Il fait correspondre à un signal analogique PP à un signal numérique de sortie
U2(t) est une tension analogique. A chaque instant le signal de sortie N est un nombre codé au moyen de P éléments binaires.
N=(ap-1;ap-2;a0)

Exemple de CAN convertisseur

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La tension Ue à convertir est comparée à une trame de tension Ur(t) qui est obtenu en chargement un condensateur de capacité Ce par un courant d'intensité constante I0.
Tant que la tension Ue>Ur(t) la sortie du comparateur impose un niveau 1 à l'entrée de l'horloge E1 de la porte "ET". Le compteur binaire Cb enregistre les impulsions d'horloge UA(t) de période TA. Dès que la tension rampe Ur(t) atteint la valeur Ue, le comparateur impose à l'entrée E1 un niveau logique "0". Le comptage s'arrête.
Le contenu du compteur est alors N. N=K.Ue

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Amplificateur opérationnel en régime non linéaire

Comparateur tout ou rien

Les AOP non linéaires n'ont pas de boucle. C'est un AOP monté en boucle ouverte, il fonctionne en saturation.

Schéma de principe

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Fonctionnement

A0: gain à boucle ouverte (gain très élevé)

L'AOP fonctionne en saturation, c'est-à-dire VS serait soit nul, soit égale à la tension positive de saturation, soit VS serait égale à la tension négative de saturation.
VSat=+VCC ; -VSat=-VCC

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