Qu'est-ce qu'un amplificateur opérationnel (op-amp) ?

Un amplificateur opérationnel (op-amp) est un composant électronique essentiel dans les circuits analogiques, utilisé pour amplifier les signaux électriques.

Qu’est-ce qu’un amplificateur opérationnel (op-amp) ?

Un amplificateur opérationnel, souvent abrégé en op-amp, est un composant électronique très polyvalent utilisé dans divers circuits analogiques. Initialement conçu pour effectuer des opérations mathématiques comme l’addition, la soustraction, l’intégration et la différenciation, l’op-amp est devenu un élément incontournable en électronique moderne.

Structure de base d’un op-amp

Un op-amp typique est composé de plusieurs étages internes, mais sa représentation la plus simple est celle d’un amplificateur différentiel avec une grande impédance d’entrée et une faible impédance de sortie. Voici les principales caractéristiques :

Impédance d’entrée élevée : Cela signifie que l’op-amp ne tire presque pas de courant de la source de signal.
Impédance de sortie faible : Cela permet à l’op-amp de délivrer la majeure partie de son signal à la charge.
Gain en boucle ouverte élevé : Le gain intrinsèque d’un op-amp sans rétroaction externe est extrêmement élevé, souvent de l’ordre de 10^5 à 10^6.

Fonctionnement de l’op-amp

Un op-amp a deux entrées, notées généralement par le signe plus (non-inverseur) et le signe moins (inverseur). La sortie de l’op-amp est la différence d’amplitude entre ces deux entrées multipliée par un facteur de gain très élevé (A_OL):

\[ V_{out} = (V_{+} – V_{-}) \times A_{OL} \]

Où V_out est la tension de sortie, V₊ la tension à l’entrée non-inverseuse, V_– la tension à l’entrée inverseuse, et A_OL le gain en boucle ouverte.

Applications courantes

Les op-amps sont utilisés dans une variété d’applications grâce à leur flexibilité et leur simplicité d’utilisation. Quelques exemples incluent :

Amplification de signaux : Utilisés pour amplifier les signaux analogiques dans les systèmes audio, les instruments de mesure, etc.
Filtres actifs : Embarqués dans des circuits de filtrage pour améliorer ou supprimer certaines fréquences.
Convertisseurs : Intégrés dans des circuits de conversion analogique-numérique et numérique-analogique.
Oscillateurs : Utilisés pour générer des signaux de fréquence spécifique.
Comparateurs : Appliqués pour comparer deux tensions et déterminer quelle est la plus grande.

Configurations courantes

Les op-amps peuvent être configurés de plusieurs manières pour remplir différentes fonctions. Voici quelques configurations typiques :

Suiveur de tension : Utilise une rétroaction à 100% (la sortie est renvoyée directement à l’entrée inverseuse) pour un gain de 1, fournissant un signal de sortie identique au signal d’entrée.
Amplificateur inverseur : La rétroaction est appliquée à l’entrée inverseuse, ce qui fournit un signal de sortie inversé et amplifié.
Amplificateur non-inverseur : Offre une amplification sans inversion du signal d’entrée, avec un gain défini par les résistances dans le circuit de rétroaction.
Intégrateur et différenciateur : Conçus pour effectuer des opérations de calcul analogique respectivement d’intégration et de différenciation.

Conclusion

Les amplificateurs opérationnels sont des composants essentiels et polyvalents dans le domaine de l’électronique. Leur capacité à effectuer des opérations mathématiques, à amplifier des signaux et à être configurés dans une multitude de façons en fait un outil indispensable pour les ingénieurs et techniciens en électronique.