Les amplificateurs opérationnels (Op-Amps) sont largement utilisés en électronique et en microcircuit. Il possède d'excellentes caractéristiques techniques (CT) pour l'amplification des signaux. Pour comprendre les utilisations des amplificateurs opérationnels, il est nécessaire de connaître leur principe de fonctionnement, le schéma de câblage et les TC de base.
Contenu
Qu'est-ce qu'un amplificateur opérationnel ?
Un ampli-op est un circuit intégré (CI) dont le but principal est d'amplifier une valeur continue. Il n'a qu'une seule sortie, que l'on appelle la sortie différentielle. Cette sortie a un facteur d'amplification du signal (CU) élevé. Les amplificateurs opérationnels sont principalement utilisés pour construire des circuits avec une rétroaction négative (NF), qui détermine le Q du circuit d'origine pendant le TC principal d'amplification. Les amplificateurs opérationnels sont utilisés non seulement comme circuits intégrés individuels, mais aussi dans divers blocs de dispositifs complexes.
Les amplificateurs opérationnels ont 2 entrées et 1 sortie, et ont également des sorties pour connecter une alimentation (PSU). Le principe de fonctionnement d'un amplificateur opérationnel est simple. Il y a 2 règles prises comme base. Les règles décrivent les processus simples qui se produisent dans l'amplificateur opérationnel et le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel est clair, même pour les nuls. À la sortie, la différence de tension (U) est nulle et les entrées de l'amplificateur opérationnel ne consomment presque pas de courant (I). Une entrée est dite non-inverseuse (V+) et l'autre est inverseuse (V-). De plus, les entrées de l'objet sous test ont une résistance élevée (R) et ne consomment presque pas de courant.
La puce compare les valeurs U des entrées et sort le signal en le préamplifiant. L'op-amp a une valeur élevée allant jusqu'à 1000000. Si une faible valeur de U à l'entrée se produit, il est possible d'obtenir une valeur égale à l'alimentation U (Uip) à la sortie. Si le U à l'entrée V+ est supérieur au V-, la sortie aura une valeur positive maximale. Si le U positif de l'entrée inverseuse est alimenté, la sortie aura la valeur de tension négative maximale.
La condition de base pour le fonctionnement du DSP est l'utilisation d'une alimentation bi-polaire. Il est possible d'utiliser une alimentation unipolaire, mais cela limitera sévèrement les capacités du DSP. Si vous utilisez une batterie et que vous prenez le côté positif de la batterie pour 0, la mesure indiquera 1,5 V. Si vous prenez 2 piles et les connectez en série, il y aura addition de U, c'est-à-dire que l'appareil affichera 3 V.
Si vous prenez le fil moins de la batterie comme zéro, l'instrument affichera 3 V. Dans l'autre cas, si vous prenez le fil plus comme 0, il montrera -3 V. En utilisant le point entre les deux batteries comme zéro, on obtient une alimentation bipolaire primitive. La seule façon de vérifier si l'objet sous test fonctionne correctement est de le connecter au circuit.
Types et symboles sur un circuit
Avec le développement des circuits électriques, les amplificateurs opérationnels sont constamment améliorés et de nouveaux modèles apparaissent.
Ils sont classés en fonction de leur application :
- Industriel - l'option à faible coût.
- Présynchrone (équipement de mesure de précision).
- Electrométrique (faible Iin).
- Micro-alimentation (alimentation à faible valeur I).
- Programmable (les courants sont réglés avec I externe).
- Courant puissant ou élevé (fournit une valeur I plus élevée au consommateur).
- Basse tension (fonctionne à U<3 V).
- Haute tension (conçue pour des valeurs U élevées).
- Action rapide (vitesse de balayage et fréquence d'amplification élevées).
- Type à faible bruit.
- Type d'audio (faible distorsion harmonique).
- Pour les alimentations de type bipolaire et unipolaire.
- Différentiel (capable de mesurer un faible U avec une forte perturbation). Utilisé dans les shunts.
- Étages d'amplificateurs disponibles sur le marché.
- Spécialisé.
Les amplificateurs opérationnels sont divisés en 2 types selon les signaux d'entrée :
- Avec 2 entrées.
- Avec 3 entrées. La troisième entrée est utilisée pour étendre la fonctionnalité. Il dispose d'un retour d'information interne.
Le circuit d'un amplificateur opérationnel est assez complexe et il est inutile d'en fabriquer un. Le radioamateur a seulement besoin de connaître le circuit correct de l'amplificateur opérationnel, mais pour cela, il faut comprendre l'affectation des broches.
Désignations de base des broches des circuits intégrés :
- V+ - entrée non inverseuse.
- V- - Entrée inversée.
- Vout est la sortie.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) est la borne plus de l'alimentation.
- Vs- (Vss, Vee, Vcc-) est la borne moins de l'alimentation électrique.
Pratiquement tous les amplificateurs opérationnels sont équipés de 5 broches. Cependant, certains modèles peuvent ne pas avoir de V-. Certains modèles disposent de sorties supplémentaires qui étendent les capacités du DT.
Il n'est pas nécessaire d'étiqueter les fils d'alimentation, car cela augmente la lisibilité du circuit. Le fil d'alimentation provenant de la borne ou du pôle positif de l'alimentation est placé en haut du circuit.
Caractéristiques principales
Les objets sous test, comme les autres composants radio, ont des CT, qui peuvent être divisés en types :
- Amplification.
- Entrée.
- Sortie.
- Puissance.
- La dérive.
- Fréquence.
- Gain.
Le gain est la principale caractéristique d'un amplificateur opérationnel. Il est caractérisé par le rapport entre le signal de sortie et le signal d'entrée. On l'appelle aussi l'amplitude ou le transfert TC, qui est représenté sous la forme d'un graphique de dépendance. Les quantités d'entrée comprennent toutes les quantités d'entrée de l'amplificateur opérationnel : Rin, les courants de décalage (Icm) et de décalage (Iin), la dérive et le différentiel d'entrée maximal U (Udifmax).
Icm est utilisé pour le fonctionnement de l'Op-Amp aux entrées. Iinx est nécessaire pour le fonctionnement de l'étage d'entrée de l'op-amp. Le décalage Iinh est la différence de Icm pour les 2 semi-conducteurs d'entrée de l'objet sous test.
Lorsque vous construisez des circuits, vous devez tenir compte de ces I lors de la connexion des résistances. Si Iinx n'est pas pris en compte, il peut créer un U différentiel, ce qui entraînera un fonctionnement incorrect de l'ampli-op.
Udifmax est le U qui est appliqué entre les entrées de l'op-amp. Sa valeur caractérise l'exclusion des dommages aux semi-conducteurs de l'étage différentiel.
Pour une protection fiable, 2 diodes et un stabilisateur sont connectés en contre-parallèle entre les entrées de l'op-amp. L'entrée différentielle R est caractérisée par le R entre les deux entrées et l'entrée en mode commun R est la valeur entre les 2 entrées du DT qui sont interconnectées et la masse (ground). Les paramètres de sortie de l'objet sous test sont la sortie R (Rout), la sortie maximale U et I. La valeur du paramètre R out doit être plus petite pour obtenir les meilleures caractéristiques de gain.
Un répétiteur d'émetteur doit être utilisé pour obtenir une faible valeur R. I Out est remplacé par un collecteur I. Les CT de puissance sont évalués par la puissance maximale consommée par l'ampli-op. La cause du mauvais fonctionnement de l'amplificateur opérationnel est la dispersion de la CT des semi-conducteurs de l'étage d'amplificateur différentiel, qui dépend des indices de température (dérive de température). Les paramètres de fréquence de l'ampli-op sont fondamentaux. Ils contribuent à l'amplification des signaux harmoniques et pulsés (réponse rapide).
Un condensateur est inclus dans les circuits intégrés d'ouverture à usage général et à usage spécial pour empêcher la génération de signaux à haute fréquence. Aux basses fréquences, les circuits ont un facteur C élevé sans rétroaction (OC). La commutation non-inverseuse est utilisée dans le cas de l'OC. En outre, dans certains cas, par exemple dans la construction d'un amplificateur inverseur, aucun OC n'est utilisé. En outre, les op-amps ont des caractéristiques dynamiques :
- Le taux de balayage de la montée Ug (SN Ug).
- Le temps de réglage de Uv (réponse de l'op-amp lorsque U est pointé).
Où utiliser
Il existe 2 types de circuits Op-Amp qui diffèrent par la façon dont ils sont connectés. Le principal inconvénient des amplificateurs opérationnels est la variabilité de Q en fonction du mode de fonctionnement. Les principaux domaines d'application sont les amplificateurs : inverseurs (IU) et non-inverseurs (NIU). Dans le circuit LUT, le Q sur U est réglé avec des résistances (le signal doit être appliqué à l'entrée). L'op-amp contient un op-amp de type série. Cette connexion est faite à l'une des résistances. Il n'est appliqué que sur V-.
Dans un objet sous test, les signaux sont déphasés. Pour changer le signe de la tension de sortie négative, une opération parallèle avec U est nécessaire. L'entrée, qui est une entrée non inverseuse, doit être mise à la terre. Le signal d'entrée est envoyé à l'entrée inverseuse via une résistance. Si l'entrée non-inverseuse va à la masse, la différence de U entre les entrées de l'ampli-op est de 0.
Il est possible de distinguer les dispositifs dans lesquels les DUT sont utilisés :
- Préamplificateurs.
- Amplificateurs des signaux de fréquence audio et vidéo.
- U comparateurs.
- Diffuseurs.
- Différenciateurs.
- Intégrateurs.
- Éléments filtrants.
- Rectificateurs (amélioration de la précision des paramètres de sortie).
- Stabilisateurs U et I.
- Calculatrices analogiques à analogiques.
- ADC (convertisseur analogique-numérique).
- DAC (convertisseurs numérique-analogique).
- Dispositifs pour la génération de divers signaux.
- Ingénierie informatique.
Les amplificateurs opérationnels et leurs applications sont devenus très répandus dans divers appareils.
Articles connexes :
