Les amplificateurs opérationnels

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Les amplificateurs opérationnels 2016-12-20T11:38:31+00:00

Project Description

Aujourd’hui nous allons introduire de nouveaux composants électriques. Ceci peuvent être bien utiles pour certains montages, notamment dans le domaine du son ou bien comme nous le verront dans un futur tutoriel, ils nous servent beaucoup pour les électrodes : ce sont les amplificateurs opérationnels. Comme leur noms l’indique, ils sont capables de faire des calculs, en fait simplement des soustractions et des multiplications mais c’est déjà pas mal. Nous allons étudier dans ce tutoriels les 5 montages les plus utiles que l’on peut réaliser avec.

Une alimentation un peu spéciale

L’intérêt de ces petites puces est que l’on peut manipuler du courant positif et négatif, encore faut-il alimenter ces puces en courant positif et négatif pour pouvoir amplifier ces signaux. Pour ce faire, on va utiliser des piles 9v. On va donc avoir du +9v et du -9v. Cela représente une différence de potentiel de 18v. Ainsi en raccordant deux piles 9v en série, on obtient ce différentiel. Enfin, pour ne pas avoir de 0 à 18v mais de -9 à +9v, on va utiliser le câble du milieu des deux piles (+9v) pour en faire la masse, ainsi si on place le 9v comme étant équivalent à 0v, le +18v devient du +9v et le 0v devient du -9v. On a ce que l’on veut! Alors pourquoi peut-on faire cela? Et bien le courant n’est pas exactement une question de tension mais plus de différence de potentiel entre deux points. Ainsi, on peut créer des tensions négatives tant que l’o respecte les différences de potentiel. En effet, si je raccorde le – d’un voltmètre à notre masse (+9v) et le -9v (donc le 0v en réalité) au plus, on a bien -9v qui va apparaître sur l’écran, soit une différence de potentiel de -9v entre les deux câbles.

Les puces que l’on va utiliser

Dans ce tutoriel, nous allons utiliser des schémas électrique, vous ne verrez donc pas comment raccorder sur votre breadbord de véritables amplificateurs opérationnels. Cependant nous vous recommandons d’utiliser les TL072 dont vous avez le schémas électriques ci-contre. Ces puces contiennes deux amplificateurs opérationnels (les triangles) ils ont chacun une borne plus, une moins et une sortie. Vous devrez de plus raccorder le +9v au Vcc+ et le -9v au Vcc-. Nous vous indiquerons par la suite comment brancher les bornes plus et moins en fonction des montages.

L’amplificateur différentiel

L’amplificateur différentiel va calculer la différence de potentiel présente entre ses deux entrées et l’amplifier. Avec :

  • Ue+ = Tension d’entrée positive
  • Ue- = Tension d’entrée négative
  • Ud = Tension différentielle
  • Us = La tension en sortie

On peut en déduire les équations suivantes :

  • [latex]Ud={{Ue}_{+}-{{Ue}_{-}}}[/latex]
  • [latex]Us=Ad\times Ud=Ad({{Ue}_{+}}-{{Ue}_{-}})[/latex] avec Ad le coefficient d’amplification différentiel.

Cette dernière équation est l’équation du cas idéal, en réalité, la répartition de l’amplification n’est jamais parfaitement symétrique. Il existe un autre coefficient, que l’on va appeler Ac qui s’applique à la tension moyenne entre Ue+ et Ue- (appelée Uc) dans le cas idéal, Ac vaut zéro, mais ce n’est jamais atteint ainsi on a l’équation : [latex]Us=Ad\times Ud+Ac\times Uc[/latex]

L’amplificateur différentiel se monte en général avec 4 résistances, qui vont définir le coefficient d’amplification :

[latex]Ad=\frac{1}{2}\times\left(\frac{{R}_{3}}{{R}_{1}+{R}_{3}}\right)\times\left(\frac{{R}_{4}+{R}_{2}}{{R}_{2}}+\frac{{R}_{4}}{{R}_{2}}\right) [/latex]

Ainsi, pour réaliser un cirquit qui amplifie une différence de potentiel, vous devez utiliser un amplificateur opérationnel, branché comme montré ci-contre avec 4 résistances.

L’amplificateur inverseur et non-inverseur

Ce montage ne fait que amplifier un signal. Toutefois, l’amplificateur inverseur (celui qui est en schéma ci-contre) inverse aussi le signal après l’avoir amplifié. Il se monte avec deux résistances qui définissent le taux d’amplification. Pour définir si l’amplificateur sera inverseur ou non, il suffit d’inverser les pins + et 6 de l’amplificateur, si la masse est reliée au pin + alors il sera inverseur, si elle est relié au pin – alors il ne sera pas inverseur. Souvenez-vous la masse est en réalitée le +9v dans notre montage!

On peut calculer le gain de l’amplificateur inverseur avec la formule suivante (il suffit d’enlever le moins de la fraction pour trouver le gain d’un amplificateur non-inverseur):

[latex]A=\frac{-{R}_{f}}{{R}_{in}}[/latex]

On a donc en sortie :

[latex]{V}_{out}=\frac{-{R}_{f}}{{R}_{in}}{V}_{in}[/latex]

Le redresseur de tension

Je ne sais pas trop comment appeler ce montage mais sachez qu’il sert à passer tous vos signaux en positif, par exemple il sert à faire passer un signal qui oscille entre -9v et +9v à seulement 0v à +9v, une tension de -3v deviendra une tension de +3v alors qu’une tension de +3v restera une tension de +3v. On utilise pour cela deux amplificateur opérationnels. Expliquer le fonctionnement d’un tel circuit sera difficile est très long mais faites des schémas avec une tension positive et une tension négative. Vous observerez que par un système de court circuit, le deuxième amplificateur est transformé en un amplificateur inverseur ou non-inverseur, cela a donc pour effet de mettre toutes les tensions en positif, comme si on prenait la valeur absolue de la tension.

Au niveau des résistances, ne vous cassez pas la tête et mettez les mêmes valeurs à toutes. Sauf si vous voulez vous amuser à changer les résistances du deuxième amplificateur pour modifier son gain selon l’équation des amplificateur inverseur et non-inverseur vue plus haut.

Le filtre à haute fréquence

Ce montage ne laisse passer que les haute-fréquences et efface les basses fréquences. Cela peux servir pour nettoyer un signal, en effet à chaque fois que le signal passe part des puces, des petites imperfections peuvent s’y glisser, on appelle cela le bruit. Il faut donc parfois placer ce montage pour les effacer. On utilise pour cela un condensateur, qui est dit réactif. En effet le condensateur n’oppose pas la même résistance aux basses et aux hautes fréquences selon la formule : [latex]R=\frac{1}{2\pi FC}[/latex] Plus la fréquence est grande plus la résistance sera faible. Du coup on change la valeur de la résistance d’entrée de l’amplificateur ce qui aura pour effet de baisser le gain d’amplification et donc de réduire le bruit. Choississez les mêmes résitances pour les deux présentes sur le schémas et un condensateur entre 1 et 3nF

Le filtre à basse fréquences

Ce montage à l’effet inverse du montage précédent, il laisse passer plus facilement les basses fréquences que les grandes, ce qui à pour effet de lisser le signal ou encore dans la musique de laisser passer les basses. A la place de changer la première résistance de l’amplificateur, on change la deuxième, ce qui à l’effet inverse!

On dispose de la formule suivante :

[latex]{F}_{c}=\frac{1}{2\pi C{R}_{2}}[/latex]

A vous de faire les calculs pour lisser plus ou moins votre signal.

7 Commentaires

  1. bernard 21 mars 2015 à 11 h 45 min␣- Répondre

    Les équations dans ce format, pour moi elles sont illisibles. Pourtant, j’ai quelques bases en électronique et en mathématique, donc, j’imagine la difficulté pour celle ou celui qui n’a pas ou peu de base.
    Pourquoi ne pas les avoir écrit, plutôt, sous une forme mathématique?

    • arnaud9212 21 mars 2015 à 18 h 09 min␣- Répondre

      Merci de nous signaler cela, le code latex que nous avons mis n’était plus mis en forme, nous avons résolu ce problème, j’éspère que c’est plus clair maintenant 😉

    • arnaud39 19 avril 2015 à 13 h 14 min␣- Répondre

      Petite erreur d’affichage nous nous en excusons

  2. Peroxyde 6 juin 2015 à 14 h 58 min␣- Répondre

    Je débute, mais par analogie avec le pont redresseur de diode, j’appellerais plutôt « le rectificateur » un redresseur de tension. 😉

    • arnaud9212 13 juin 2015 à 13 h 35 min␣- Répondre

      C’est effectivement une très bonne idée, je vais corriger le tuto!

      • Jody 27 janvier 2017 à 12 h 21 min␣- Répondre

        The abliity to think like that shows you’re an expert

  3. faiza 13 février 2017 à 19 h 09 min␣- Répondre

    svp je prépare mon mémoire sur le thème :Etude et réalisation d’un testeur d’amplificateur opérationnel et j’ai besoin de votre aide juste une petite orientation
    merci

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