Qu’est-ce qu’un ampli opérationnel et comment ça marche ?

Un amplificateur opérationnel, ou ampli-op, est un circuit intégré utilisé pour amplifier les signaux de tension. Il possède une impédance d’entrée élevée et une faible impédance de sortie, ce qui lui permet d’amplifier efficacement les signaux électriques faibles. La configuration de base d’un ampli-op comprend deux bornes d’entrée (inverseuses et non inverseuses) et une borne de sortie. L’ampli opérationnel amplifie la différence de tension entre les deux bornes d’entrée et émet un signal de tension qui est généralement plusieurs fois supérieur au signal d’entrée, en fonction du gain défini par les composants externes.

Un ampli-op est un composant électronique polyvalent symbolisé par un triangle avec deux entrées et une sortie. L’entrée inverseuse est marquée d’un signe moins (-) et l’entrée non inverseuse est marquée d’un signe plus (+). La sortie se trouve généralement à la pointe du triangle, à l’opposé de la base où se trouvent les entrées. Ce symbole représente le fonctionnement fondamental de l’ampli-op : il amplifie la différence de tension entre les entrées inverseuses et non inverseuses et fournit une sortie amplifiée.

En interne, un ampli opérationnel se compose de plusieurs étages d’amplification, notamment des amplificateurs différentiels, des étages de gain de tension et un étage de sortie. L’amplificateur différentiel à l’étage d’entrée amplifie la différence entre les entrées inverseuses et non inverseuses tout en rejetant tout signal de mode commun. Les étages de gain de tension fournissent une amplification supplémentaire et l’étage de sortie garantit une faible impédance de sortie et une capacité de commande de courant suffisante. Ces composants internes fonctionnent ensemble pour fournir le gain élevé et les performances stables caractéristiques des amplificateurs opérationnels.

Le gain de l’ampli-op fait référence au rapport entre la tension de sortie et la tension d’entrée. Le gain d’un ampli opérationnel peut être contrôlé par des résistances et des condensateurs externes dans diverses configurations, telles que des configurations d’amplificateurs inverseurs, non inverseurs et différentiels. Dans la configuration inverseuse, le gain est déterminé par le rapport entre la résistance de rétroaction et la résistance d’entrée, ce qui entraîne un gain négatif. Dans la configuration non inverseuse, le gain est déterminé par le rapport entre la résistance de rétroaction et la résistance connectée à la terre, plus un, ce qui donne un gain positif. Le gain peut être très élevé, permettant une amplification significative du signal d’entrée.

Un ampli opérationnel idéal est un dispositif théorique avec un gain en boucle ouverte infini, une impédance d’entrée infinie et une impédance de sortie nulle. Il amplifie parfaitement la différence de tension entre ses bornes d’entrée sans aucune limitation. En pratique, cela signifie que l’ampli opérationnel idéal amplifiera la différence entre les entrées inverseuses et non inverseuses sans décalage, bruit ou distorsion. De plus, l’ampli opérationnel idéal possède une bande passante infinie, lui permettant d’amplifier des signaux de n’importe quelle fréquence sans atténuation. Les amplificateurs opérationnels du monde réel se rapprochent de ces caractéristiques idéales mais présentent des limites dues à des contraintes pratiques de fabrication.

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