Comment fonctionnent les amplificateurs opérationnels dans un circuit?

Les amplificateurs opérationnels dans un circuit : Apprenez comment ces composants essentiels amplifient les signaux électriques et améliorent la performance du circuit.

Comment fonctionnent les amplificateurs opérationnels dans un circuit?

Les amplificateurs opérationnels, souvent appelés op-amps, sont des composants essentiels en électronique et en ingénierie électrique. Ils sont utilisés pour réaliser une variété de tâches, notamment l’amplification, le filtrage, et les opérations mathématiques comme l’addition et la soustraction. Cet article explore comment les amplificateurs opérationnels fonctionnent dans un circuit.

Structure de base des amplificateurs opérationnels

Un amplificateur opérationnel est un dispositif à haute impédance d’entrée et à faible impédance de sortie. Il possède généralement deux entrées et une sortie :

Entrée inverseuse (V_–) : L’entrée où le signal est inversé. Si un signal positif est appliqué, la sortie devient négative.

Entrée non-inverseuse (V₊) : L’entrée où le signal est amplifié sans changement de signe.

Sortie (V_out) : La sortie qui fournit le signal amplifié.

Principe de fonctionnement

Les amplificateurs opérationnels obéissent à deux règles d’or non officielles dans des conditions idéales :

La tension entre les deux entrées (V_– et V₊) est nulle (V_– = V₊).

Le courant entrant dans les entrées est nul.

Ces hypothèses simplifient l’analyse des circuits à op-amp.

Amplificateur inverseur

Un des circuits les plus courants utilisant un op-amp est l’amplificateur inverseur. Dans ce circuit :

Le signal d’entrée est appliqué à l’entrée inverseuse (V_–) à travers une résistance (R_in).

Une résistance de rétroaction (R_f) est connectée entre la sortie (V_out) et l’entrée inverseuse (V_–).

L’amplification du signal est donnée par la formule :

\[ V_{\text{out}} = – \left( \frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} \right) \cdot V_{\text{in}} \]

Cette configuration inverse le signal et l’amplifie selon le rapport R_f / R_in.

Amplificateur non-inverseur

L’amplificateur non-inverseur est une autre configuration courante :

Le signal d’entrée est appliqué à l’entrée non-inverseuse (V₊).

Un diviseur de tension est connecté entre la sortie et l’entrée inverseuse (V_–).

L’amplification est alors donnée par :

\[ V_{\text{out}} = \left( 1 + \frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} \right) \cdot V_{\text{in}} \]

Cette configuration amplifie le signal sans l’inverser.

Applications courantes des Amplificateurs Opérationnels

Les amplificateurs opérationnels ont une multitude d’applications :

Amplification de signal : Pour augmenter la puissance ou l’amplitude des signaux faibles.

Filtres électroniques : Pour créer des filtres passe-bas, passe-haut, passe-bande et coupe-bande.

Comparateurs : Pour comparer deux tensions et produire une sortie basée sur quelle entrée est plus élevée.

Oscillateurs : Pour générer des signaux de fréquence spécifique.

Convertisseurs analogique-numérique (ADC) : Pour convertir les signaux analogiques en données numériques.

Conclusion

Les amplificateurs opérationnels sont des composants polyvalents et puissants dans le domaine de l’électronique. Avec une compréhension de base de leur fonctionnement, il est possible de concevoir une vaste gamme de circuits pour diverses applications industrielles et de recherche. Que ce soit pour l’amplification de signaux, le filtrage ou d’autres applications, les op-amps restent un outil fondamental pour les ingénieurs et les amateurs d’électronique.