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Amplificateur Opérationnel AOP
Montages à Amplificateur Opérationnels AOP
Dans de nombreux montages, l'amplificateur opérationnel (AOP) est une aide précieuse pour parvenir à réaliser circuit à la fois compact et précis. On le trouve facilement par 4 dans des circuits intégrés bon marché, est c'est LE composant incontournable qui se décline en une multitude de fonctions selon le branchement et les composants qu'on lui associe. Il peut servir d'amplificateur,de comparateur, de filtre analogique, d'oscillateur, pour faire des calculs, relever un maxima, relever une tension sans perturber la source...
Cette page est dédiée aux différents montages possible d'un AOP en abordant toutefois des montages avancés comme un échantillonneur bloqueur analogique, un PWM, ou la mesure de puissance. C'est surtout un aide mémo qui va permettre d'introduire le régulateur solaire MPPT analogique que je suis en train de mettre au point.
Caractéristiques communes des AOP
Il existe une multitude d'AOP, et faire son choix est souvent difficile. On choisi donc un AOP par rapport à l'utilisation qu'on va en faire, ou avec des caractéristiques "universelles".
- Tension de service : Les AOP peuvent être alimentés de quelques volts (4V) à plusieurs dizaines de volts (36V). Il faut bien sûre la vérifier selon votre utilisation mais en général on a pas de soucis à ce niveau là, même si la tension n'est pas très stable. Il faut toutefois veiller à ajouter un condensateur antiparasite (10nF) très proche de l'alimentation du circuit intégré de l'AOP pour éviter quelques surprises.
- Masse : La partie plus délicate le l'alimentation c'est la masse, car on utilise en général une alimentation symétrique (-10V et +10V par exemple, ou -18V et +18V), qui n'est pas toujours facile à produire. On peut très bien utiliser une alimentation monotension (+36V) en remplaçant la masse des montages par une masse virtuelle. Il existe aussi des AOP conçu pour fonctionner avec une alimentation monotension nativement. (schéma exemple à venir)
- Tension de sortie : La tension de sortie d'un AOP est théoriquement comprise entre Vcc- et Vcc+, c'est à dire la tension d'alimentation. En réalité c'est rarement le cas, il y a un delta lié à la structure interne de l'AOP et on se retrouve avec 0,2V à 2V d'écart de Vcc selon le modèle. Ceci pose problème car il faut prendre en compte cette contrainte dans la conception de vos circuits, surtout si l'AOP doit piloter un transistor ou une logique TTL. (schéma exemple à venir)
- Fréquence d'un AOP : Les AOP peuvent fonctionner à de hautes fréquences (plusieurs Mégahertz). Il faut garder en mémoire que plus la fréquence augmente, plus le gain maximal possible diminue jusqu'à atteindre 1 à la fréquence max de l'AOP (dépend du modèle). Ceci est à prendre ne compte quand on veut amplifier un signal haute fréquence (faut un gain > 1 pour amplifier!).
- Vitesse de basculement (slew rate) : Pour passer d'une tension de sortie à une autre, l'AOP met un certain temps (slew rate) et cette vitesse varie d'un modèle à l'autre. Il existe des AOP avec des vitesses de basculement rapide (surtout utilisé comme comparateurs), et d'autres assez lents (pour de l'audio par exemple). Ceci est à prendre en compte quand on fait des oscillateurs ou PWM, ou quand on travaille à haute fréquence, et ça joue bien entendu sur le prix de l'AOP.
- Impédance : Les AOP on tous une impédance élevée en entrée (comme si on avait une très très grosse résistance de 10M ou 100M qui ne perturbe pas la source), et ils ont aussi une faible impédance de sortie (comme si on avait une faible résistance de 500 ohms par exemple). Ceci est une des caractéristique intéressante de l'AOP et il faut consulter ses caractéristiques pour avoir les valeurs exactes. Il faut aussi rester raisonnable sur l'intensité qu'on "tire" en sortie de l'AOP.
- Erreur et Offset : Les AOP, même si ils sont sensé être parfaits, ne le sont pas. Il y a un taux d'erreur en sortie et un décalage du "0" en entrée. Dans la majorité des cas ça n'est pas génant, mais ça le devient quand on amplifie beaucoup (x1000) un signal d'entrée car ce décalage peu se transformer en plusieurs volts ! Il faut donc veiller(dans ce cas) à utiliser des AOP ayant de faibles taux d'erreurs (plus cher), ou préférer mettre en cascade plusieurs AOP pour obtenir un gain important (avec réglage de l'offset)
- Utilisation idéale : Lorsque vous concevez vos circuits, il est possible d'éviter les surprises en respectant quelques règles. Evitez les gains supérieurs à 200 (ou prévoyez un réglage d'offset), utilisez des résistances de 1k à 1M maxi (car au delà on est perturbé par les résistances internes de l'AOP), utilisez des condensateurs nanométriques (>=1nF, pour que les capacités internes du circuit ne perturbe vos calculs).
Personnellement, j'utilise dans quasiment tous mes montages des TL084 que je branche en monotension avec une masse virtuelle. C'est un AOP rapide, idéal comme amplificateur ou comparateur, y'a 4 AOP par boitier, et pour 30 à 50 centimes d'euro le circuit intégré (CI). Le seul défaut, c'est qu'on un delta de 1.5V sur Vcc en sortie, mais je le prend en compte lorsque j'attaque un transistor en ajoutant un pont de résistances (cas cité plus haut).
Les montages arrivent très vite....
Montages à Amplificateur Opérationnels AOP : dernières mises à jour (29/11/2011)