Fonctionnement en mode comparateur


Très souvent, un AOP ne pourra pas évoluer de -E à +E. La sortie d’un AOP est un montage push-pull à transistors bipolaires ou MOS. Surtout dans la technologie bipolaire, ces transistors provoquent une tension de déchet qui fait que l’AOP ne peut atteindre les plages d’alimentation. Les tensions extrêmes maximales que peut sortir l’AOP n’atteignent pas les valeurs des tensions d’alimentation. Selon les modèles, une différence de 2 V peut être observée (dans ce cas, avec une alimentation +/-15 V, la tension en sortie de l’AOP ne pas excéder +/-13 V), il faut savoir que cela peut constituer une limitation gênante dans certaines applications, notamment quand l’alimentation se fait par pile. A titre d’exemple, un TL081 alimenté en +/-15V ne donnera que +/-13V en sortie. De plus, il n’est pas rare que ces tensions ne soient pas symétriques.
La chute de tension aux bornes des deux transistors montés en push-pull est de 0,7V 0,6V environ sur chaque borne soit 1,4V à 1,2V à retirer de l’alimentation (cela reste aussi théorique mais donne une bonne approche de l’alimentation à utiliser).
Pour des faibles tensions proches du millivolt, cela se complique.

tl081

Fonctionnement en mode amplificateur

Nous venons de voir précédemment que nous devons retirer 1,4 ou 1,2V en sortie car l’AOP ne sature pas avec Vsat=Vcc.
En régime alternatif, cela est un peu différent puisque si on utilise une alimentation comprise entre le pole positif de l’alimentation et le zéro (pile par exemple), il est très difficile d’obtenir une tension négative avec une alimentation comprise entre le + et le 0V.
Le remède est le suivant, les résistances R1 et R2 sont ici pour fixer l’impédance d’entrée à environ 5K Ohms, mais aussi de permettre de fixer le potentiel à E+=E-=4,5V (si la tension d’alimentation est une pile de 9V), pour que la tension alternative ne soit pas « rabotée». Ainsi si nous disposons d’une tension sinusoïdale en entrée de 1V efficace, celle-ci sera en définitive de valeur moyenne de E+=E-=4,5V avec une valeur crête de E+=E-=5,91V positif et de E+=E-=3,086V efficace en négatif (voir ci-dessous).

grpah-1

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Si on interprète les mesures, d’un seul coup d’œil on aperçoit une saturation en sortie, pourquoi ?
La réponse est simple, nous avons en entrée une tension de 1V efficace qui la dessus va venir s’ajouter la valeur moyenne de E+=E-=4,5V, l’amplification a un gain de 3, la via le rapport de tension est donc 3 (attention R3=100K et R4=200K!! erreur sur le schéma) fois supérieure et si on ajoute la valeur moyenne nous avons :
VsortieAOP=(1*3)+4,5=7,5V puisque l’alimentation est sous 9V la tension sature à VsortieAOP=9-1,5=7,5V !! Aïe en plein dans la zone de saturation
Et bien dans ce cas de figure que faire ? Pas beaucoup de solution…. alors augmentons la valeur de la tension d’alimentation à 12V.
La tension moyenne sur E+= 12/2 = 6V fixe bien évidemment E-=6V.
VsortieAOP=(1*3)+6=9V puisque l’alimentation est sous 12V la tension sature à VsortieAOP=12-1,5=10,5V ce qui est mieux vous trouvez pas ?

graph-5

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Courants de polarisation


Afin de minimiser les écarts entre les deux entrées, on veillera à ce que celles-ci “voient” les mêmes impédances.
Pour le montage amplificateur inverseur, une compensation fréquente des effets des courants de polarisation est la suivante :
courants-de-polarisation-1

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C’est exemple montre un montage inverseur auquel on a rajouté une résistance entre l’entrée + et la masse. Cette résistance est égale à R1//R2, soit l’impédance vue par l’entrée -. Les deux entrées “voient” les mêmes impédances, les effets des courants de polarisation vont donc se compenser.

Bien comprendre


Un AOP (AIL) doit avoir théoriquement E+=E- lorsque la sortie est reliée sur la borne inverseuse (E-). Puis les courant I+=I-, voila un AOP digne de ce nom.


Tension d’entrée tenson de sortie en court-circuit (attention c’est théorique ne pas le faire !!!)
Mettons l’entrée E+ et E- à la masse ainsi que la tension de sortie, l’AOP ne voit aucune tension d’entrée et aucun courant. Pour lui il se dit « je suis équilibré » la tension E+=E- et les courants I+=I-vous en pensez quoi ?
Analysons ensemble la figure A:


Figure A
figure-a-1
Raisonnons courant
Théoriquement le courant i-=0A, or L’entrée inverseuse est relié à la masse par la résistance R1 et la résistance R2 relié à la sortie qui elle est à la masse, le modèle équivalent (modèle de norton) peut être représenté comme la figure B


Figure B
figure-b
En ce qui concerne le courant I+ lui est nul I+=0A


Raisonnons tension
La tension E- s’exprime par E-=(R1//R2)*I-
La tension E+ s’exprime par E+=R3*I+


Conclusions
Si E+=E- alors R1//R2*I-=R3*I+
Et comme I-=I+= alors R1//R2*I-=R3*I-
Tous simplement R3=R1//R2