Op Amp est un composant électronique à gain élevé principalement utilisé pour amplifier les signaux de tension. C'est un amplificateur différentiel et la sortie dépend de la différence de tension entre les deux entrées (positive+ et négative -). L'amplificateur opérationnel présente les caractéristiques d'un gain élevé. Dans des circonstances idéales, le gain en boucle ouverte est très élevé (théoriquement proche de l'infini). Lorsque l'impédance d'entrée est élevée, elle absorbe presque le courant d'entrée et évite les interférences avec le circuit frontal. Lorsque l'impédance de sortie est faible, il peut piloter directement le circuit post-étage et peut mettre en œuvre une double entrée et une sortie unique. Sortie = gain × (entrée positive - entrée négative).
Applications et types courants d’amplificateurs opérationnels
Les applications courantes des amplificateurs opérationnels comprennent les amplificateurs de tension, les filtres (passe-bas, passe-haut, passe-bande), les comparateurs de signaux (liés aux comparateurs), les intégrateurs et différentiels, les tampons (suiveur de tension), les calculs analogiques (addition, soustraction, intégration, etc.). Les circuits courants comprennent des amplificateurs inverseurs, avec une entrée connectée à l'extrémité de l'onduleur et une fonction d'amplification inverse, et des amplificateurs en phase, avec une entrée connectée à l'extrémité positive et une sortie et une entrée dans la même phase. Dans le circuit suiveur de tension, entrée de phase positive = sortie, fournissant une conversion d'impédance sans amplification de tension.
Exemples de circuits amplificateurs en phase
Exemples de circuits amplificateurs en phase
Le circuit amplificateur en phase de la figure ci-dessus est pris à titre d'exemple. Le gain en boucle fermée est déterminé par la résistance de rétroaction Rf et le diviseur de tension Rg. Le signal d'entrée et le signal de sortie de l'amplificateur en phase sont dans la même phase.
Exemples de circuits amplificateurs inversés
Exemples de circuits amplificateurs inversés
Prenons l'exemple du circuit amplificateur inverseur dans la figure ci-dessus. En supposant que ce circuit amplificateur utilise un amplificateur idéal, le gain en boucle fermée est déterminé par la résistance de rétroaction Rf et la résistance d'entrée Rin. La différence de phase entre le signal d'entrée et le signal de sortie de l'amplificateur inverseur est de 180 degrés.
Conception d'une alimentation régulée linéaire réglable avec amplificateur opérationnel
L'objectif de l'alimentation régulée linéaire réglable est de fournir une tension de sortie stable et réglable, et la sortie reste stable même si la tension d'entrée ou la charge change. La structure de base de l'alimentation régulée linéaire réglable comprend une source de tension de référence (telle que TL431, diode Zener ou IC de référence de précision), un amplificateur d'erreur (amplificateur opérationnel), un composant de régulation (généralement BJT de puissance ou MOSFET), un réseau diviseur de tension à résistance de rétroaction (réglage de la tension de sortie).
Exemple de circuit d'alimentation à régulation linéaire réglable
Exemple de circuit d'alimentation à régulation linéaire réglable
En prenant comme exemple le circuit d'alimentation linéaire réglable dans la figure ci-dessus, le noyau de ce circuit est composé de LM358, d'une diode régulatrice, d'une triode et d'un circuit de rétroaction négative, R9 et D9 constituent un circuit de stabilisation de tension. La tension de claquage du D9 est de 2,5 V. En raison de l'impédance d'entrée élevée de l'amplificateur opérationnel, celui-ci n'a pas besoin d'une diode de stabilisation de tension pour fournir une grande quantité de courant. A ce moment, l'IN1+ de l'amplificateur opérationnel est de 2,5 V. L'amplificateur opérationnel, la triode, R12 et RP3 forment une boucle de rétroaction négative. La plage de tension calculée doit être comprise entre 2,5 V et 15 V. Étant donné que la tension d'alimentation réelle de l'amplificateur opérationnel est de ± 12 V, le tableau de données indique que l'oscillation de sortie de l'amplificateur opérationnel par rapport au rail d'alimentation est de 1,35 V à 1,61 V. La tension Vce maximale du D882 est de 0,5 V. La plage de sortie maximale calculée de Vout doit être comprise entre 9,89 V et 10,15 V. Par conséquent, la plage de tension de sortie réelle doit être comprise entre 2,5 V et 10,15 V.
Une attention particulière doit être portée à la stabilité de la tension de référence lors de la conception du circuit d'alimentation à régulation linéaire réglable. Une faible dérive de température et une source de référence à haute stabilité (telle que TL431 ou LM4040) doivent être utilisées. Lors de la sélection du type d'amplificateur opérationnel, la plage de tension de sortie doit couvrir l'extrémité de sortie (rail à rail), avec une faible tension de décalage et de faibles caractéristiques de dérive. Lors de la sélection du type de composants de puissance, le BJT ou le MOSFET approprié doit être sélectionné en fonction du courant de sortie pour garantir sa dissipation thermique et sa plage de fonctionnement sûre. La protection thermique et la stabilité doivent également être prises en compte. Pour un courant élevé, le dissipateur thermique doit être utilisé et une compensation RC doit être prise en compte pour éviter les oscillations. Pour le réglage de l'impédance de rétroaction, des valeurs de résistance R1 et R2 trop élevées (dans une plage de plusieurs k Ω sont recommandées) doivent être évitées pour améliorer la stabilité et la capacité anti-bruit. et la tension d'entrée doit être supérieure à la tension de sortie maximale + VCE (chute de tension saturée) ou Vds (MOSFET). Une résistance d'échantillonnage de courant et un comparateur secondaire peuvent être ajoutés pour réaliser une fonction de protection contre les surintensités.
Cette conception présente les caractéristiques d'un réglage fin de la tension de sortie, d'une génération de chaleur élevée du transistor de puissance, d'un faible rendement (caractéristiques linéaires), d'un faible bruit et d'une réponse rapide, applicable uniquement à la situation où la tension d'entrée est supérieure à la tension de sortie, d'une structure simple, d'une intégration facile, et d'un mécanisme de protection et d'une bonne dissipation thermique sont requis pour une application à haute puissance.