1. Idéal ampli
ACTUEL - 1. Amplis-op idéaux
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Idéal ampli
Cette section utilise un les systèmes approche pour présenter les bases des amplificateurs opérationnels idéaux. En tant que tel, nous considérons l'ampli-op comme un bloc avec des bornes d'entrée et de sortie. Nous ne sommes pas concernés par les appareils électroniques individuels présents dans l'ampli-op.
Un amplificateur opérationnel est un amplificateur souvent alimenté par des tensions d'alimentation positives et négatives. Cela permet à la tension de sortie d’osciller à la fois au-dessus et au-dessous du potentiel de la terre. L'amplificateur opérationnel trouve une large application dans de nombreux systèmes électroniques linéaires.
Le nom du blog Amplificateur opérationnel est dérivé de l’un des usages originaux des circuits op-amp; pour effectuer des mathématiques dans les ordinateurs analogiques. Cette application traditionnelle est discutée plus loin dans ce chapitre. Les premiers amplis opérables utilisaient une seule entrée inverseuse. Un changement de tension positif à l'entrée a provoqué un changement négatif à la sortie.
Par conséquent, pour comprendre le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel, il est nécessaire de se familiariser d'abord avec le concept de sources contrôlées (dépendantes), car elles constituent la base du modèle de l'amplificateur opérationnel.
Sources dépendantes 1.1
Les sources dépendantes (ou contrôlées) produisent une tension ou un courant dont la valeur est déterminée par une tension ou un courant existant à un autre emplacement du circuit. En revanche, les dispositifs passifs produisent une tension ou un courant dont la valeur est déterminée par une tension ou un courant existant au même endroit dans le circuit. Les sources de tension et de courant indépendantes et dépendantes sont des éléments actifs. C'est-à-dire qu'ils sont capables de fournir de l'énergie à un périphérique externe. Les éléments passifs ne sont pas capables de générer de l'énergie, bien qu'ils puissent stocker de l'énergie pour une livraison ultérieure, comme c'est le cas pour les condensateurs et les inductances.
La figure ci-dessous illustre une configuration de circuit équivalente d'un dispositif amplificateur souvent utilisé dans l'analyse de circuit. Le plus à droite
la résistance est la charge. Nous trouverons le gain de tension et de courant de ce système. Le gain de tension, Av est défini comme le rapport entre la tension de sortie et la tension d'entrée. De manière similaire, le gain de courant, Ai est le rapport du courant de sortie au courant d'entrée.
Figure 1 - Circuit équivalent d'un amplificateur à semi-conducteurs
Le courant d'entrée est:
Le courant dans la deuxième résistance, i1, se trouve directement à partir de la loi d'Ohm:
(2)
La tension de sortie est alors donnée par:
(3)
Dans l'équation (3), ‖ indique une combinaison parallèle de résistances. Le courant de sortie se trouve directement à partir de la loi d'Ohm.
(4)
Les gains de tension et de courant sont ensuite trouvés en formant les rapports:
(5)
(6)
1.2 Circuit équivalent d'amplificateur opérationnel
Figure 2 - Amplificateur opérationnel et circuit équivalent
Figure 2 (une) présente le symbole de l'amplificateur opérationnel et la figure 2 (b) montre son circuit équivalent. Les bornes d’entrée sont v+ et v-. Le terminal de sortie est vande. Les connexions d’alimentation sont à la +V, -V et bornes au sol. Les connexions d’alimentation sont souvent omis des schémas. La valeur de la tension de sortie est délimitée par +V et -V puisque ce sont les tensions les plus positives et négatives dans le circuit.
Le modèle contient une source de tension dépendante dont la tension dépend de la différence de tension d'entrée entre v+ et v-. Les deux bornes d’entrée sont connues sous le nom de non inversant et inverseuse entrées, respectivement. Idéalement, la sortie de l'amplificateur ne dépend pas de la magnitude des deux tensions d'entrée, mais seulement de la différence entre elles. Nous définissons le tension d'entrée différentielle, vd, comme la différence,
(7)
La tension de sortie est proportionnelle à la tension d'entrée différentielle, et nous désignons ce rapport comme le gain en boucle ouverte, G. Ainsi, la tension de sortie est
(8)
Par exemple, une entrée de 
(E est généralement une faible amplitude) appliquée à l’entrée non inverseuse avec la borne inverseuse mise à la terre, produit 
à la sortie. Lorsque le même signal source est appliqué à l'entrée inverseuse avec la borne non inverseuse mise à la terre, la sortie est 
.
L'impédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel est représentée par une résistance sur la figure 2 (b).
L'impédance de sortie est représentée sur la figure par une résistance, Ro.
Un amplificateur opérationnel idéal est caractérisé comme suit:
Ce sont généralement de bonnes approximations des paramètres des réels amplis-op. Les paramètres typiques des réels amplis-op sont:
Utiliser des amplificateurs opérationnels idéaux pour se rapprocher des amplis opérationnels réels constitue donc une simplification intéressante pour l'analyse de circuit.
Laissez-nous explorer l'implication du gain en boucle ouverte étant infini. Si nous réécrivons l'équation (8) 
comme suit:
(9)
et laisser G approcher l'infini, on voit que
(10)
L'équation (10) résulte de l'observation que la tension de sortie ne peut pas être infinie. La valeur de la tension de sortie est limitée par les valeurs d'alimentation positive et négative. L'équation (10) indique que les tensions aux deux bornes sont les mêmes:
(11)
Par conséquent, l'égalité d'équation (11) nous amène à dire qu'il existe un court-circuit virtuel entre les bornes d'entrée.
Puisque la résistance d'entrée de l'ampli-op idéal est infinie, le courant dans chaque entrée, borne inverseuse et borne non inverseuse, est nul.
Lorsque des amplificateurs opérationnels réels sont utilisés dans un mode d'amplification linéaire, le gain est très grand et l'équation (11) est une bonne approximation. Cependant, plusieurs applications pour les réels amplis op utilisent le périphérique en mode non linéaire. L'approximation de l'équation (11) n'est pas valide pour ces circuits.
Bien que les amplificateurs opérationnels aient un gain de tension élevé, ce gain varie avec la fréquence. Pour cette raison, un amplificateur opérationnel n’est normalement pas utilisé sous la forme illustrée à la figure 2 (a). Cette configuration est appelée boucle ouverte car il n'y a pas de retour de sortie à entrée. Nous verrons plus loin que, si la configuration en boucle ouverte est utile pour les applications de comparateur, la configuration la plus courante pour les applications linéaires est le circuit en boucle fermée avec retour.
Des éléments externes sont utilisés pour «renvoyer» une partie du signal de sortie à l'entrée. Si les éléments de rétroaction sont placés entre la sortie et l'entrée inverseuse, le gain en boucle fermée est diminué puisqu'une partie de la sortie se soustrait de l'entrée. Nous verrons plus tard que la rétroaction diminue non seulement le gain global, mais elle rend également ce gain moins sensible à la valeur de G. Avec la rétroaction, le gain en boucle fermée dépend plus des éléments du circuit de rétroaction, et moins de l'op- gain de tension ampère, G. En fait, le gain en boucle fermée est essentiellement indépendant de la valeur de G-il ne dépend que des valeurs des éléments du circuit externe.
La figure (3) illustre un circuit op-amp à rétroaction négative à une seule étape.
Figure 3 - L’ampli-op inverseur
Par conséquent, nous analyserons ce circuit dans la section suivante. Pour l'instant, notez qu'une seule résistance, RF, sert à connecter la tension de sortie, vande à l'entrée inverseuse, v-.
Une autre résistance, Ra est connecté depuis l'entrée inverseuse, v-, à la tension d'entrée, va. Une troisième résistance, R est placé entre l'entrée non inverseuse et la masse.
Les circuits utilisant des amplificateurs opérationnels, des résistances et des condensateurs peuvent être configurés pour effectuer de nombreuses opérations utiles telles que la somme, la soustraction, l'intégration, la différenciation, le filtrage, la comparaison et l'amplification.
1.3 Méthode d'analyse
Nous analysons les circuits en utilisant les deux propriétés idéales d’ampli-op idéal:
- La tension entre v+ et v- est zéro, ou v+ = v-.
- Le courant dans les deux v+ et v- le terminal est zéro.
Ces observations simples conduisent à une procédure d'analyse de tout circuit idéal d'amplificateur opérationnel, comme suit:
- Écrivez l'équation du nœud de loi actuel de Kirchhoff sur le terminal non inverseur, v+.
- Écrivez l'équation du nœud de loi actuel de Kirchhoff sur le terminal inverseur, v-.
- Ensemble v+ = v- et résolvez pour les gains en boucle fermée souhaités.
Lorsque vous appliquez les lois de Kirchhoff, rappelez-vous que le courant dans les deux v+ et v- le terminal est zéro.