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Op-Amp, abréviation d' amplificateur opérationnel, est l'épine dorsale de l'électronique analogique. Un amplificateur opérationnel est un composant électronique couplé en courant continu qui amplifie la tension à partir d'une entrée différentielle en utilisant une rétroaction de résistance. Les amplificateurs opérationnels sont populaires pour leur polyvalence car ils peuvent être configurés de nombreuses manières et peuvent être utilisés dans différents aspects. Un circuit ampli-op se compose de quelques variables comme la bande passante, l'impédance d'entrée et de sortie, la marge de gain, etc. Différentes classes d'amplis-op ont des spécifications différentes en fonction de ces variables. Il existe de nombreux amplificateurs opérationnels disponibles dans différents packages de circuits intégrés (IC), certains amplificateurs opérationnels ont deux ou plusieurs amplis opérationnels dans un seul boîtier. LM358, LM741, LM386 sont des circuits intégrés amplificateurs opérationnels couramment utilisés. Vous pouvez en savoir plus sur les amplificateurs opérationnels en suivant notre section Circuits amplificateurs opérationnels.

Un ampli-op a deux broches d'entrée différentielles et une broche de sortie avec des broches d'alimentation. Ces deux broches d'entrée différentielles sont la broche inverseuse ou la broche négative et non inverseuse ou positive. Un ampli opérationnel amplifie la différence de tension entre ces deux broches d'entrée et fournit la sortie amplifiée sur sa Vout ou sa broche de sortie.

Selon le type d'entrée, l'ampli-op peut être classé comme inverseur ou non inverseur. Dans ce tutoriel, nous allons apprendre à utiliser op-amp en configuration non inverseuse.

Dans la configuration non inverseuse, le signal d'entrée est appliqué à travers la borne d' entrée non inverseuse (borne positive) de l'amplificateur opérationnel. Pour cette raison, la sortie amplifiée devient «en phase » avec le signal d'entrée.

Comme nous l'avons vu précédemment, l' ampli-op a besoin de rétroaction pour amplifier le signal d'entrée. Ceci est généralement réalisé en appliquant une petite partie de la tension de sortie à la broche inverseuse (en cas de configuration non inverseuse) ou à la broche non inverseuse (en cas de broche inverseuse), en utilisant un réseau diviseur de tension.

Configuration d'amplificateur opérationnel non inverseur

Dans l'image supérieure, un ampli-op avec une configuration non inverseuse est affiché. Le signal qui doit être amplifié à l'aide de l'ampli opérationnel est alimenté dans la broche positive ou non inverseuse du circuit de l'amplificateur opérationnel, tandis qu'un diviseur de tension utilisant deux résistances R1 et R2 fournit la petite partie de la sortie à l'inversion. broche du circuit de l'ampli-op. Ces deux résistances fournissent la rétroaction requise à l'ampli opérationnel. Dans des conditions idéales, la broche d'entrée de l'ampli opérationnel fournira une impédance d'entrée élevée et la broche de sortie sera en faible impédance de sortie.

L'amplification dépend de ces deux résistances de rétroaction (R1 et R2) connectées en tant que configuration du diviseur de tension. R2 est appelé Rf (résistance de rétroaction)

La sortie du diviseur de tension qui est introduite dans la broche non inverseuse de l'amplificateur est égale au Vin, car les points de jonction Vin et du diviseur de tension sont situés sur le même nœud de masse.

Pour cette raison, et comme la Vout dépend du réseau de rétroaction, nous pouvons calculer le gain de tension en boucle fermée comme ci-dessous.

Gain de l'ampli-op non inverseur

Comme la tension de sortie du diviseur de tension est la même que la tension d'entrée , le diviseur Vout = Vin

Donc, Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Ou, Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Le gain de tension total de l'amplificateur (Av) est Vout / Vin

Donc, Av = Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

En utilisant cette formule, nous pouvons conclure que le gain de tension en boucle fermée d'un amplificateur opérationnel non inverseur est,

Av = Vout / Vin = 1 + (Rf / R1)

Ainsi, par ce facteur, le gain de l'amplificateur opérationnel ne peut pas être inférieur au gain unitaire ou à 1. De plus, le gain sera positif et ne peut pas être sous forme négative. Le gain dépend directement du rapport de Rf et R1.

Maintenant, ce qui est intéressant, c'est que si nous mettons la valeur de la résistance de rétroaction ou de Rf à 0, le gain sera de 1 ou d' unité. Et si R1 devient 0, alors le gain sera infini. Mais ce n'est possible que théoriquement. En réalité, il dépend largement du comportement de l'ampli-op et du gain en boucle ouverte.

L'amplificateur opérationnel peut également être utilisé pour ajouter une tension d'entrée de tension comme amplificateur de sommation.

Exemple pratique d'amplificateur non inverseur

Nous allons concevoir un circuit amplificateur opérationnel non inverseur qui produira un gain de tension 3x à la sortie en comparant la tension d'entrée.

Nous allons créer une entrée 2V dans l'ampli-op. Nous allons configurer l'ampli-op en configuration non inverseuse avec des capacités de gain 3x. Nous avons sélectionné la valeur de la résistance R1 comme 1,2k, nous découvrirons la valeur de la résistance Rf ou R2 et calculerons la tension de sortie après amplification.

Comme le gain dépend des résistances et que la formule est Av = 1 + (Rf / R1)

Dans notre cas, le gain est de 3 et la valeur de R1 est de 1. 2k. Ainsi, la valeur de Rf est, 3 = 1 + (Rf / 1,2k) 3 = 1 + (1,2k + Rf / 1,2k) 3,6k = 1,2k + Rf 3,6k - 1,2k = Rf Rf = 2,4k

Après amplification, la tension de sortie sera

Av = Vout / Vin 3 = Vout / 2V Vout = 6V

L'exemple de circuit est montré dans l'image ci-dessus. R2 est la résistance de rétroaction et la sortie amplifiée sera 3 fois supérieure à l'entrée.

Follower de tension ou amplificateur de gain Unity

Comme indiqué précédemment, si nous faisons de Rf ou R2 la valeur 0, cela signifie qu'il n'y a pas de résistance dans R2 et que la résistance R1 est égale à l'infini, alors le gain de l'amplificateur sera de 1 ou il atteindra le gain unitaire. Comme il n'y a pas de résistance dans R2, la sortie est court-circuitée avec l' entrée négative ou inversée de l' ampli-op. Comme le gain est de 1 ou d' unité, cette configuration est appelée configuration d' amplificateur de gain unitaire ou suiveur de tension ou tampon.

Lorsque nous mettons le signal d'entrée sur l' entrée positive de l'amplificateur opérationnel et que le signal de sortie est en phase avec le signal d'entrée avec un gain 1x, nous obtenons le même signal sur la sortie de l'amplificateur. Ainsi, la tension de sortie est la même que la tension d'entrée. Sortie de tension = tension d'entrée.

Ainsi, il suivra la tension d'entrée et produira le même signal de réplique sur sa sortie. C'est pourquoi on l'appelle un circuit suiveur de tension.

L' impédance d'entrée de l' ampli opérationnel est très élevée lorsqu'un suiveur de tension ou une configuration de gain unitaire est utilisé. Parfois, l'impédance d'entrée est bien supérieure à 1 mégohm. Ainsi, en raison de l'impédance d'entrée élevée, nous pouvons appliquer des signaux faibles sur l'entrée et aucun courant ne circulera dans la broche d'entrée de la source de signal à l'amplificateur. D'un autre côté, l'impédance de sortie est très faible, et elle produira le même signal d'entrée, dans la sortie.

Dans l'image ci-dessus, la configuration du suiveur de tension est affichée. La sortie est directement connectée à la borne négative de l'ampli-op. Le gain de cette configuration est de 1x.

Comme nous le savons, Gain (Av) = Vout / Vin So, 1 = Vout / Vin Vin = Vout.

En raison de l'impédance d'entrée élevée, le courant d'entrée est de 0, donc la puissance d'entrée est également de 0. Le suiveur de tension fournit un gain de puissance important sur sa sortie. En raison de ce comportement, le suiveur de tension est utilisé comme circuit tampon.

De plus, la configuration du tampon fournit un bon facteur d' isolation du signal. En raison de cette caractéristique, le circuit suiveur de tension est utilisé dans les filtres actifs de type Sallen-key où les étages de filtre sont isolés les uns des autres à l'aide d'une configuration d'amplificateur opérationnel suiveur de tension.

Il existe également des circuits tampons numériques, tels que 74LS125, 74LS244, etc.

Comme nous pouvons contrôler le gain de l'amplificateur non inverseur, nous pouvons sélectionner plusieurs valeurs de résistances et produire un amplificateur non inverseur avec une plage de gain variable.

Les amplificateurs non inverseurs sont utilisés dans les secteurs de l'électronique audio, ainsi que dans les oscilloscopes, les mélangeurs et divers endroits où la logique numérique est nécessaire à l'aide de l'électronique analogique.