Caractéristiques des amplificateurs opérationnels

Amplificateur opérationnel ou ampli op, comme on les appelle généralement, sont des dispositifs linéaires qui peuvent offrir un amplification DC idéale. Ils sont fondamentalement des dispositifs d'amplification de tension utilisés avec des composants de rétroaction externes comme des résistances ou des condensateurs. Un ampli op est un dispositif à trois bornes, avec une borne appelée entrée inverseuse, l'autre entrée non-inverseuse et la dernière est la sortie. Voici un schéma d'un ampli op typique:

Comme vous pouvez le voir sur le schéma, l'ampli op a trois bornes pour les entrées et la sortie et deux pour l'alimentation.
Avant de comprendre le fonctionnement d'un ampli op, nous devons apprendre les caractéristiques de l'ampli op. Nous les expliquerons une par une ici:

Gain de tension en boucle ouverte (A)

Le gain de tension en boucle ouverte sans aucune rétroaction pour un ampli op idéal est infini. Cependant, les valeurs typiques de gain de tension en boucle ouverte pour un ampli op réel varient de 20 000 à 200 000. Soit la tension d'entrée Vin. Soit A le gain de tension en boucle ouverte. Alors la tension de sortie est Vout = AVin. La valeur de A est généralement dans la plage spécifiée ci-dessus, mais pour un ampli op idéal, elle est infinie.

Impédance d'entrée (Zin)

L'impédance d'entrée est définie comme la tension d'entrée divisée par le courant d'entrée. L'impédance d'entrée d'un ampli op idéal est infinie. Cela signifie qu'il n'y a pas de courant circulant dans le circuit d'entrée. Cependant, un ampli op idéal a un certain courant circulant dans le circuit d'entrée de l'ordre de quelques pico-ampères à quelques milli-ampères.

Impédance de sortie (Zout)

L'impédance de sortie est définie comme le rapport de la tension de sortie au courant d'entrée. L'impédance de sortie d'un ampli op idéal est zéro, cependant, les amplis op réels ont une impédance de sortie de 10 à 20 kΩ. Un ampli op idéal se comporte comme une source de tension parfaite délivrant du courant sans aucune perte interne. La résistance interne réduit la tension disponible pour la charge.

Bande passante (BW)

Un ampli op idéal a une bande passante infinie, c'est-à-dire qu'il peut amplifier n'importe quel signal de la basse fréquence continue aux hautes fréquences alternatives sans aucune perte. Par conséquent, un ampli op idéal est dit avoir une réponse en fréquence infinie. Dans les amplis op réels, la bande passante est généralement limitée. La limite dépend du produit gain-bande passante (GB). GB est défini comme la fréquence où le gain de l'amplificateur devient unitaire.

Tension de décalage (Vio)

La tension de décalage d'un ampli op idéal est zéro, ce qui signifie que la tension de sortie sera zéro si la différence entre les bornes inverseuse et non-inverseuse est zéro. Si les deux bornes sont mises à la terre, la tension de sortie sera zéro. Cependant, les amplis op réels ont une tension de décalage.

Rapport de rejet en mode commun (CMRR)

Le mode commun fait référence à la situation où la même tension est appliquée aux bornes inverseuse et non-inverseuse de l'ampli op. Le rejet en mode commun fait référence à la capacité de l'ampli op à rejeter le signal en mode commun. Maintenant, nous sommes en mesure de comprendre le terme de rapport de rejet en mode commun.
Le rapport de rejet en mode commun se réfère à la mesure de la capacité de l'ampli op à rejeter le signal en mode commun. Mathématiquement, il est défini comme

Où, AD est le gain différentiel de l'ampli op, ∞ pour un ampli op idéal.
ACM fait référence au gain en mode commun de l'ampli op.
Le CMRR d'un ampli op idéal est ∞. Cela signifie qu'il est capable de rejeter tous les signaux en mode commun. De plus, d'après la formule, nous pouvons voir que AD est infini pour un ampli op idéal et ACM est zéro. Par conséquent, le CMRR d'un ampli op idéal est infini. Il rejettera donc tout signal commun aux deux bornes.
Cependant, les amplis op réels ont un CMRR fini et ne rejettent pas tous les signaux en mode commun.

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