Amplificateur opérationnel : 5 caractéristiques importantes

Qu'est-ce que l'ampli opérationnel?

Op-amp est une abréviation de l'amplificateur d'opération, un amplificateur à gain élevé à couplage direct. Dans le terme amplificateur opérationnel, «opérationnel» signifie que l'amplificateur peut effectuer certaines opérations telles que - sommation, soustraction, comparaison, etc. Le mot «amplification» suggère qu'il peut amplifier le signal d'entrée.

Ampli op idéal

Un ampli op idéal n'existe pratiquement pas mais possède les meilleures caractéristiques. Tous les amplificateurs opérationnels pratiques sont conçus pour atteindre des caractéristiques proches en tant qu'ampli opérationnel idéal. Laissez-nous discuter de certaines des caractéristiques d'un ampli opérationnel idéal.

Caractéristiques d'ampli op idéales

1. L'ampli opérationnel idéal fournit un gain de tension infini.
2. Il a une impédance d'entrée infinie.
3. Il a une résistance de sortie nulle.
4. Il a une bande passante infinie.
5. Le taux de rejet en mode commun est infini.
6. Le taux de rejet de l'alimentation est infini.
7. La vitesse de balayage est de 0.

Ampli op inverseur

Op-amp a différents modes de fonctionnement. L'amplificateur opérationnel inverseur représente le type de processus dans lequel le signal d'entrée est fourni via la borne inverseuse de l'amplificateur opérationnel. La phase de la sortie de l'amplificateur est inversée dans le processus d'amplification. L'ampli opérationnel inverseur a un gain plus élevé que l'amplificateur opérationnel non inverseur.

Ampli op non inverseur

La non-inversion est un autre mode de fonctionnement utilisant un ampli opérationnel. Ici, le signal d'entrée est fourni à l'aide de la borne non inverseuse de l'ampli opérationnel. Ainsi, la phase de sortie reste la même et ne s'inverse pas en fonctionnement. C'est pourquoi cette opération utilisant un ampli opérationnel est connue sous le nom d '«ampli opérationnel non inverseur». Cet ampli opérationnel offre une stabilité du système plus élevée en raison du système de rétroaction négative, mais il a un gain inférieur à celui d'un ampli opérationnel inverseur. Entre un ampli op non inverseur et un ampli op inverseur, un amplificateur inverseur a plus de préférences.

Circuits amplificateurs opérationnels | Circuits d'ampli op de base

Les circuits des amplificateurs opérationnels sont spécifiques à leurs opérations. Un amplificateur opérationnel est capable d'effectuer plusieurs opérations mathématiques. Les circuits sont réalisés selon les besoins. L'image ci-dessous représente un symbole de circuit typique d'un ampli opérationnel.

Nous pouvons observer qu'un ampli-op a deux entrées (marquées 1 et 2). L'entrée étiquetée avec le «-» est la borne inverseuse. L'entrée étiquetée avec le signe «+» est la borne non inverseuse. Le couple de connexion de tension, indiqué par + Vsat et -Vsat, est la tension de saturation positive et la tension de saturation négative, représentant la limite de l'amplificateur opérationnel la plus élevée et la plus basse; ceux-ci peuvent être observés à la sortie.

Les tensions de saturation sont appliquées à l'ampli-op pour équilibrer l'amplificateur opérationnel par rapport au sol. La sortie est collectée à partir de la borne «O».

741 ampli opérationnel

Les amplificateurs opérationnels sont maintenant disponibles sur les marchés via des circuits intégrés. Un de ces circuits intégrés est l'amplificateur opérationnel 741. Il s'agit d'un circuit intégré monolithique (toutes les connexions sont formées sur une seule pièce de silicium cristallin). Le CI se compose d'un ampli-op. Fairchild Semiconductor l'a développé pour la première fois au début des années soixante. Le nombre 741 indique que le CI a sept broches fonctionnelles, quatre broches d'entrée et une broche de sortie.

741 brochage de l'ampli opérationnel

Le diagramme suivant donne le brochage du CI. La terminologie du CI consistant en un amplificateur opérationnel décrit également les broches. Le numéro 7 de 741 représente sept broches fonctionnelles, quatre broches d'entrée et une broche de sortie.

Schéma d'ampli opérationnel 741

Le mage suivant représente le diagramme schématique d'un 741Operational Amplifier.

Intégrateur d'ampli opérationnel

Nous l'avons mentionné précédemment, et un amplificateur opérationnel peut effectuer plusieurs opérations mathématiques. Voyons comment un amplificateur opérationnel peut effectuer une opération «d'intégration» sur un signal d'entrée. Pour implémenter l'intégrateur à l'aide d'un ampli opérationnel, nous avons besoin d'un condensateur et de quelques résistances, et d'un ampli opérationnel! Le schéma de circuit ci-dessous représente le circuit intégrateur d'ampli opérationnel.

Fonctionnement de l'intégrateur

Le concept de terrain virtuel - fonctionne parce qu'il assume le OP AMP gain infini. C'est pourquoi le nœud 'A' dans l'image est une masse virtuelle. Laissez le courant 'i' traverser la résistance R. Ainsi, le courant pourrait être mesuré comme i = V1/R.

 Ici, V1 est la tension d'entrée fournie dans la borne inverseuse, et la borne non inverseuse est mise à la terre avec une résistance et en raison de l'impédance d'entrée élevée, le même courant circulera à travers le chemin de rétroaction, ayant un condensateur en cela. Ainsi, la tension de sortie peut être écrite comme suit:

Vo = - 1 / C 0 t [i dt]

Ou, Vo = - 1 / RC 0 t [V1 dt]

Ainsi, nous pouvons dire que la tension de sortie est proportionnelle à l'intégrale de temps de la tension d'entrée et c'est pourquoi le circuit est appelé intégrateur ou intégrateur de Miller.

Comparateur d'amplis opérationnels

Un comparateur d'amplification opérationnelle ou un comparateur de tension, ou un comparateur, est un dispositif électronique qui compare deux tensions d'entrée et fournit une sortie indicative. La sortie indique laquelle des deux tensions d'entrée est la plus extraordinaire en valeurs.

L'ampli opérationnel est conçu dans des configurations en circuit ouvert pour utiliser un amplificateur opérationnel comme comparateur.

• Si la tension dans la borne non inverseuse est supérieure à la tension dans la borne inverseuse, la sortie est commutée sur la tension de saturation positive de l'amplificateur opérationnel.
• Si la tension de la borne inverseuse est supérieure à la tension dans la borne non inverseuse, le o / p est commuté sur la tension de saturation -ve de l'amplificateur opérationnel.

Circuit comparateur d'ampli opérationnel

L'image ci-dessous représente le circuit comparateur de l'amplificateur opérationnel.

Gain d'ampli opérationnel

Le gain de l'amplificateur opérationnel fait référence au rapport entre la tension de sortie et la tension d'entrée et l'amplificateur opérationnel a deux types de gain comme suit.

• Gain en boucle fermée: Si le système d'amplificateur opérationnel est associé à un système de rétroaction, le gain du système est appelé gain en boucle fermée.
• Gain en boucle ouverte: Si le circuit de l'amplificateur opérationnel n'est pas associé à un système de rétroaction, le gain est un gain en boucle ouverte.

Pour un amplificateur opérationnel idéal, le gain est infini pour toutes les fréquences. Pour les vrais amplificateurs, le gain est une constante absolue. Le gain est le paramètre de performance de l'amplificateur.

Gain d'ampli op non inverseur

L'expression générale de la tension de sortie de l'amplificateur non inverseur est: Vout = k * Vin

L'équation de sortie de l'amplificateur non inverseur est: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Donc, en comparant à la fois l'équation, la valeur de k sera

k = [1 + (Rf / R1)]

Cette expression de la résistance est connue sous le nom de gain de l'amplificateur non inverseur. On peut observer que si Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Ainsi, la tension d'entrée est amplifiée par un facteur de 2. Le rapport (Rf / R1) contrôle généralement le gain. L'augmentation de Rf augmente la valeur du gain.

Tampon d'ampli opérationnel

Un tampon d'ampli opérationnel ou un tampon de gain unitaire, ou un circuit suiveur de tension est un modèle d'amplificateur non inverseur spécialement conçu. Observez le circuit de l'amplificateur non inverseur indiqué ci-dessus. Si nous rendions la résistance de rétroaction nulle et la résistance infinie de la borne inverseuse, le gain de l'amplificateur serait de l'unité. C'est pourquoi ce circuit est connu sous le nom de tampon de gain unitaire. Ce tampon est utilisé pour l'adaptation d'impédance.

Ampli op différentiel

L'amplificateur opérationnel différentiel ou amplificateur de différence est l'amplificateur opérationnel qui amplifie la différence entre les deux tensions d'entrée et le fournit comme sortie et effectue l'opération de soustraction, contrairement à un amplificateur de sommation qui additionne les tensions d'entrée.

Le circuit ci-dessous représente le circuit d'un amplificateur différentiel.

Opérations

En utilisant le concept de terre virtuelle, nous pouvons conclure que la tension au nœud A est la même que la tension au nœud B.En utilisant KCL, nous pouvons écrire que -

(V1 - Vx) / R1 = (Vx - VO) / R2

& (V2 - Vx) / R1 = Vx / R2

Ici, V1 est la tension d'entrée. Vx est la tension au nœud A (ainsi que B). Vo est la tension de sortie. Nous supposons maintenant que l'amplificateur opérationnel a une impédance d'entrée élevée. En comparant et en utilisant les deux équations, nous pouvons écrire -

Vo = (V2 - V1) * R2 / R1

Cette équation de sortie justifie l'opération.

Inverser le gain de l'ampli opérationnel

L'expression générale de la tension de sortie de l'amplificateur inverseur est: Vout = -k * Vin

L'équation de sortie de l'amplificateur inverseur est: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Maintenant, en comparant les deux équations, nous pouvons dire -

k = (Rf / R1)

C'est le gain en boucle fermée de l'amplificateur inverseur.

Ampli op de sommation

L'amplificateur opérationnel de sommation ou l'amplificateur opérationnel additionnel est l'amplificateur qui amplifie la sommation des tensions d'entrée et fournit comme sortie. Il effectue une opération de sommation ou d'addition, contrairement à un amplificateur différentiel qui effectue des opérations de soustraction.

L'image ci-dessous représente l'amplificateur opérationnel de sommation.

Opération

En utilisant le concept de masse virtuelle, le potentiel au nœud A est le même que le potentiel au nœud B. Postuler KCL, nous pouvons écrire -

I1 + I2 + I3 +… + IN = IO

Ou, V1 / R1 + V2 / R2 +… + Vn / Rn = - Vo / Rf

Ou, Vo = - [(V1 * Rf / R1) + (Rf * V2 / R2) +… + (Rf * Vn / Rn)

Maintenant, si R1 = R2 =… = Rn = Rf, alors nous pouvons écrire -

Vo = - [V1 + V2 +… + Vn]

Ampli op suiveur de tension | Adepte d'ampli opérationnel

Un ampli op suiveur de tension ou un tampon de gain unitaire, ou un circuit suiveur de tension est un modèle d'amplificateur non inverseur spécialement conçu et si nous avons fait le retour résistance nulle et la borne inverseuse infinie résistance, le gain de l'amplificateur serait de l'unité. Comme la tension de sortie suit juste la tension d'entrée sans amplification, l'amplificateur est connu sous le nom de suiveur de tension op ap. C'est pourquoi ce circuit est également connu sous le nom de tampon à gain unitaire. Ce tampon est utilisé pour l'adaptation d'impédance.

Ampli op discret

L'ampli opérationnel discret est conçu pour fournir le résidu minimal entre les entrées positives et négatives, ce qui entraîne en outre un gain élevé. Les amplificateurs opérationnels discrets sont généralement utilisés pour les applications audio plutôt que pour les amplificateurs opérationnels conventionnels. Il présente plusieurs avantages par rapport aux amplificateurs opérationnels conventionnels car une conception personnalisée est possible, nécessite moins de composants, offre une meilleure stabilité de la température, etc.

Ampli opérationnel LM741

Le lm741 est un circuit intégré monolithique contenant un ampli opérationnel. Il a huit broches. Le CI ne nécessite pas de compensation de fréquence externe. Il fournit un CMRR plus élevé et consomme moins d'énergie. Le brochage de lm741 est donné ci-dessous.

Différenciateur d'ampli opérationnel

Ampli Op différenciateur ou l'amplificateur opérationnel différentiel effectue l'opération de différenciation sur un signal de tension d'entrée. Pour implémenter le différenciateur en utilisant un ampli-op, nous avons besoin d'un condensateur et de quelques résistances, et d'un ampli-op! Le schéma de circuit ci-dessous représente le circuit de différenciation de l'ampli opérationnel.

Équations de l'ampli opérationnel

Les équations de l'amplificateur opérationnel sont généralement appelées les équations de sortie d'un amplificateur opérationnel. Les équations de sortie représentent la relation entre les tensions d'entrée et de sortie. Le facteur de gain peut également être déterminé à partir des équations de sortie. Certaines des équations de sortie de certains amplificateurs de base sont données ci-dessous.

Équations d'ampli op non inverseurs: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Inverser les équations de l'ampli opérationnel: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Types d'amplis opérationnels

Op-amp a plusieurs types plutôt que plusieurs modes de fonctionnement. Différents types d'amplificateurs opérationnels effectuent diverses opérations mathématiques. Certains d'entre eux sont -

1. Ampli op inverseur
2. Ampli op non inverseur
3. Différence ampli op
4. Amplificateur de sommation
5. Intégrateur
6. Amplificateur différentiel
7. Amplificateur logarithmique
8. Comparateur
9. Convertisseur courant-tension
10. Convertisseur tension-courant

Ampli op inverseur vs non inverseur

Faisons une analyse comparative entre ampli op inverseur et non inverseur.

Ampli op à rétroaction négative

Pour un système en boucle fermée d'un ampli opérationnel, si le système de rétroaction est connecté à la borne inverseuse de l'ampli opérationnel, le système de rétroaction est appelé rétroaction négative. Un ampli opérationnel fonctionnant avec une rétroaction négative incorporée est appelé rétroaction négative. Les amplificateurs opérationnels à rétroaction négative ont une meilleure stabilité du système, mais le gain est inférieur à l'amplificateur opérationnel à rétroaction positive.

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Sudipta Roy

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