Les amplificateurs linéaires intégrés, sont appelés aussi : amplificateur opérationnel. Il s'agit d'un composant intégré bâti sur la structure de l'amplificateur différentiel. C'est-à-dire qu'il possède deux entrées. Chacune des deux entrées réalisent un effet opposé par rapport à l'autre.
Il possède une sortie unique référencée à la masse.
Ce composant le nécessite deux alimentations électriques référencées à une masse.
L'amplificateur linéaire intégré ne peut fonctionner seul. Grâce à des composants extérieurs rajoutés, il pourra amplifier et réaliser les opérations :
L'amplification se fera en tension.
Les opérations réalisées, seront de nature mathématique. Ce seront des sommes, où des différences, ou des produits, où des traitements logarithmiques. Il se peut que ce soit aussi un traitement sur les dérivés ou sur les primitives des tensions imposées sur les entrées.
Les opérations pourront être aussi de nature logique. Il sera possible de comparer les signaux.
Les domaines d'application sont très vastes dans l'électronique. Généralement, en fonction du comportement de la sortie de l'ampli, il sera possible de classer en deux familles, les utilisations possibles :
Le domaine de la commutation. Ce sera lorsque les différences de potentiel de la sortie n'évolueront qu'entre deux valeurs extrêmes de tension. Ces deux valeurs de tension se nomment tension de saturation. Elles sont généralement très proches, mais de valeurs inférieures aux tensions d'alimentation du composant. Selon la nature technologique du composant, il sera possible de tenir les valeurs de saturation quasiment égale aux tensions d'alimentation. Ce mode de fonctionnement est pratiquement réservé aux traitements logiques.
Le domaine analogique linéaire. Dans ce cas les variations de tension de sortie pourront évoluer entre les deux valeurs de tension de saturation.
Dans le domaine de la commutation, on réalisera surtout des comparateurs à un seuil de tension, ou à deux seuils (Trigger de Schmitt). Il sera aussi possible de créer des structures temporelles, comme les astables, monostables.
Dans le domaine linéaire, il sera possible de créer des structures amplificatrices en tension, inverseuse, non inverseuse, de différence. On réalisera les adaptateurs d'impédance, nommé aussi, suiveur.
En fonction des caractéristiques des composants extérieurs il sera possible de réaliser des fonctions particulières l'électronique, comme des redresseurs, démultiplicateur analogique, démodulateur.
Il sera possible de réaliser des filtres analogiques : passe haut, passe bas, passe bande, coupe bande. Du fait de la présence active de la sortie de l'amplificateur, dans la réalisation de ce filtre, ceux-ci prennent le nom de filtre actif.
La présentation la plus simple de l'amplificateur linéaire intégré (ou ALI) ce fait avec un boîtier DUAL à huit broches. Dans ce cas un seul amplificateur se trouve à l'intérieur du boîtier.
Il peut se présenter sous forme de circuits intégrés à 14 ou 16 broches. Dans ce cas quatre amplificateurs distincts sont présents. Dans tous les cas le fonctionnement est identique.
Pour un amplificateur, il existe deux symboles : le symbole européen et le symbole américain.
Deux broches sont réservées à l'alimentation.
La broche n° sept reçoit l'alimentation positive. Celle-ci peut être comprise de entre 0 V et 18 V.
La broche n° quatre, reçoit l'alimentation négative. Celle-ci peut être comprise entre 0 V et -18 V.
Ces deux tensions ne sont pas forcément symétriques.
Deux broches servent pour les entrées :
La broche n° deux se nomme, entrée inverseuse. Elle recevra V -
La broche n° trois se nomme, entrée sérieuse. Elle recevra V+.
La broche n° six, réalise la sortie de l'amplificateur.
Les broches n° quatre et cinq permettent de réaliser des ajustements en tension.
Les broches n° une et huit servent à compenser en fréquence l'amplificateur linéaire, lorsque cela est nécessaire.
Dans un domaine d’utilisation générale, les broches une, cinq et huit, ne sont pas utilisées.
Une remarque de taille : on ne branche de masse d'alimentation, dans un ALI !!!!
Il est possible de réaliser une étude expérimentale où l'on testera le comportement des entrées, le comportement de la sortie, en fonction de la fréquence des signaux d'entrée. Il sera aussi possible de vérifier le comportement de la sortie, en fonction des tensions d'alimentation et des charges imposées sur la sortie.
Dans un fonctionnement restreint, de type grand public.
Il sera possible de constater que les intensités présentes sur les entrées suiveuse et inverseuse sont très faibles : de l'ordre du pico Ampère.
Les intensités ne varient que très peu en fonction de la fréquence, par contre, elles peuvent varier beaucoup en fonction de la température.
Dans beaucoup de domaines d'utilisation, les courants d'entrées I+ et I- seront considérés égales, nulles et négligées.
Cela sous-entend que les impédances d'entrées tendent vers l'infini.
Comme son nom l'indique, l'amplificateur linéaire intégré réalise une amplification.
La tension de sortie Vs= Avo .(V+ - V-).
Le terme Avo est nommé : coefficient d'amplification en boucle ouverte. Il est égal au rapport de la tension de sortie sur la différence des tensions d'entrée.
Celui-ci est énorme : il est compris entre 100 000 et un million.
Pour pouvoir travailler avec les valeurs, la notion de gain en décibels est utilisée.
Le gain varie fortement avec la fréquence. La fréquence de coupure constatée est de l'ordre de 10 Hertz. C'est une des raisons pour laquelle, on essayera de limiter volontairement les coefficients d'amplification, grâce à des composants extérieurs.
Dans ce cas, le rapport de tension de sortie, par rapport aux tensions d'entrée, se nommera Av, ou coefficient d'amplification en boucle fermée.
Pour réaliser les calculs et pour simplifier, le terme Avo, sera considéré comme tendant vers l'infini !!
- Pour la sortie, il y aura deux constats :
Si la différence des tensions d'entrée est limitée, la tension de sortie pourra évoluer entre les deux tensions de saturation. Ce sera le domaine linéaire.
Dans ce dernier cas, si l'on fait débiter la sortie de l'amplificateur, le courant maximum (sauf pour des modèles spéciaux) ne pourra dépasser la centaine de mA.
Une étude mathématique fera apparaître que la sortie de l'amplificateur, se comporte comme un générateur de Thévenin.
C'est à dire un générateur de tension, associé à une résistance interne proche de la centaine d'ohms.
Pour des raisons de simplification, cette résistance interne de sortie sera considérée proche de zéro.
L'amplificateur linéaire intégré ou amplificateur opérationnel pourra se ramener à un modèle électrique particulier.
- Modèle électrique de l'amplificateur linéaire intégré.
Il y aura deux entrées, avec des impédances reliées à la masse, tendant vers l'infini.
La différence de tension (V+ -V-) se nommera ε (epsilon). Dans tous les cas elle sera très, très petite.
La tension de sortie sera fournie, par un générateur parfait.
La tension de sortie sera égale à :
Vs = Avo .(V+ - V-).
La tension en sortie sera limitée à ± Vsat, (comme s’il y avait des diodes Zéner)
