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Traitement des signaux analogiques alternatifs et continus par opération mathématique
L'amplificateur opérationnel est un dispositif permettant :
- l'amplification d'un signal selon un gain préalablement calculé
- de comparer un signal selon une référence donnée
- l'obtention d'une bascule bistable
- d'intégrer un signal carré en un signal triangulaire
- de différentier un signal triangulaire en un signal carré
- la faculté d'opérer arithmétiquement l'addition et la soustraction de divers signaux
Les caractéristiques principales sont :
- gain en tension très élevé (100k)
- impédance d'entrée très élevée (de l'ordre du MW )
- impédance de sortie faible (une centaine d'W )
- temps de montée très rapide
- reproduction du signal sans distorsion
- large bande passante
- alimentation basse tension symétrique ou asymétrique
Elimination d'une composante (partie de l'alternance) du signal de sortie :
Un amplificateur opérationnel
est alimenté par une alimentation positive, une alimentation négative
et un point de référence (la masse). Il suffit de supprimer
une des alimentations et le signal de sortie ne sera pas amplifié.
Sa zone de travail est de l'ordre de : la tension d'alimentation positive + la tension d'alimentation négative - les tolérances de l'amplificateur opérationnel (10%).
Alimentation seulement positive
(amplification de la partie positive du signal)
Alimentation seulement négative
(amplification de la partie négative du signal)
Alimentation fractionnée
(amplification complète du signal)
Temps de montée et temps de descente :
On parle de temps de montée
ou de descente le temps que met l'amplificateur opérationnel pour
parcourir l'excursion de la tension de sortie.
Si ce temps est long (de l'ordre de quelque ms), le signal de sortie risque d'être passablement déformé ; surtout lors de signaux carrés. Pour remédier à ce défaut, il faut choisir un amplificateur opérationnel ayant des caractéristiques de rapidité dans les temps de montée.
Excursion de la tension de sortie :
En pratique, l'excursion de
la tension de sortie est de l'ordre de 10% en dessous de la tension d'alimentation
du montage.
Pour une alimentation de 15V, l'amplificateur opérationnel peut délivrer au maximum 13.5V, soit 27Vpp (2x15-10%).
On remarque sur les divers diagrammes représentés que le niveau de sortie (tension) est écrêté à partir du point de saturation.
Le LM741 est un amplificateur opérationnel très conventionnel, il offre des caractéristiques intéressantes en rapport à son coût de fabrication modique.
Il dispose d'un gain en boucle ouverte pouvant atteindre 100k ; une impédance d'entrée approchant 2MW , ce qui implique un courant d'entrée négligeable ; son impédance de sortie est quasiment nulle (75W ). Le seul inconvénient de ce circuit intégré est sa " lenteur " pour le slew-rate (rapport du temps de montée/descente en fonction de la tension de sortie) qui est de 0.5 V/m s.
L'entrée non inverseuse et l'entrée inverseuse aboutissent dans un montage amplificateur à paire différentielle polarisée par générateur de courant constant. Le signal de sortie traverse un adaptateur d'impédance pour attaquer directement un étage amplificateur final push-pull classe AB.