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Auteur(s)
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Patrick ALDEBERT : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité - Docteur en sciences - Adjoint du Directeur des Études et Professeur à l’École Supérieure d’Électricité
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Lire l’articleINTRODUCTION
Un amplificateur est un bloc fonctionnel qui réalise sur une grandeur électrique (tension ou intensité) porteuse d'information l'opération mathéma-tique élémentaire : multiplication par une constante, et qui accroît l'énergie véhiculée par cette grandeur.
Cette dernière propriété de l'amplification résulte de la présence d'un ou plusieurs éléments actifs fondamentalement non linéaires associés à une source d'alimentation assurant la fourniture de l'énergie nécessaire.
Pour réaliser un amplificateur, le concepteur a accès à un nombre important de dispositifs technologiques (amplificateur opérationnel intégré, transistors bipolaires ou à effet de champ, discrets ou intégrés au sein d'un circuit intégré à application spécifique ASIC (Application Specific Integrated Circuit)). Pour chacun d'eux, le nombre de variantes et de schémas possibles n'est limité que par la créativité des concepteurs. Il serait donc illusoire de chercher à en faire la nomenclature exhaustive.
L'amplification est une fonction fondamentale qui intervient dans la plupart des systèmes électroniques explicitement ou implicitement (filtres actifs, oscillateurs, modulateurs...). Les choix à effectuer (technologie, composants, structures...) dépendent des caractéristiques des signaux à traiter : composition spectrale (signaux basse ou haute fréquence, large bande, bande étroite...), amplitude...
Nous nous limiterons ici au cas des amplificateurs faibles niveaux pour lesquels l'amplitude des signaux traités est suffisamment faible pour pouvoir confondre les caractéristiques non linéaires des composants actifs avec leur tangente au point de repos et négliger l'influence des non-linéarités. Les amplificateurs dits de puissance, traitant des signaux de niveau élevé pour lesquels il faut tenir compte de la courbure des caractéristiques, des distorsions, des saturations..., font l'objet d'un autre article de ce traité.
Par ailleurs, nous restreindrons notre étude à un domaine de fréquences pour lequel les composants peuvent être représentés par un modèle à constantes localisées. L'étude d'amplificateurs fonctionnant à des fréquences plus élevées repose sur des méthodes d'analyse et des modèles différents (paramètres de distribution...) et sort du cadre de cet article.
Après avoir rappelé des notions générales sur les sources commandées, nous indiquerons les principes de base de réalisation d'amplificateurs. On ne cherchera pas à fournir une « schémathèque » mais plutôt à dégager les propriétés essentielles des structures de base de manière à guider le choix du concepteur.
Nous étudierons, dans un deuxième temps, le comportement fréquentiel des structures amplificatrices (limitations de la bande passante, stabilité...).
Enfin, après avoir rappelé les notions fondamentales sur le bruit de fond, nous chercherons à caractériser les différents étages amplificateurs étudiés vis-à-vis du bruit et nous proposerons quelques solutions pour en minimiser l'effet.
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- Version courante de nov. 2025 par Farouk VALLETTE, Geoffroy KLISNICK, Sylvain FERUGLIO
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2. Réalisation d’amplificateurs faibles niveaux
2.1 Réalisation à l’aide d’amplificateurs opérationnels
L’amplificateur opérationnel est un macrocomposant qui, par son faible coût (de l’ordre de quelques francs) et sa facilité de mise en œuvre, constitue actuellement la solution privilégiée pour réaliser des amplificateurs faibles niveaux en basse fréquence.
HAUT DE PAGE2.1.1 Structures de base SCI®V et SCV®V
La transposition du schéma-bloc de la figure 4 à des sources commandées associant un amplificateur opérationnel en chaîne directe pour réaliser l’opérateur µ et une des approches de sources commandées du tableau 3 conduit à quatre configurations. Les opérateurs SCV®I et SCI®I sont difficilement exploitables car leur charge n’est pas référencée à la masse. En pratique, on retient donc les deux structures de base SCI®V et SCV®V (figure 7).
La structure SCV®V correspond au montage couramment appelé montage suiveur. Le cas limite où R1 est infinie et R2 nulle correspond à une SCV®V de gain unitaire fréquemment utilisée comme adaptateur d’impédance.
Si on fait précéder la structure SCI®V d’une grande résistance (approche grossière de SCV®I), on retrouve le montage inverseur (figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ALDEBERT (P.) - Électronique analogique – structures de base - . Polycopié Supélec no 1135, 2000.
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(2) - ALLEN (P.E.), HOLDBERG (D.R.) - CMOS Analog Circuit Design - . 693 p., éd. Holt, Rinehart & Winston, New York 1987.
-
(3) - BAKER (R.J.), LI (H.W.), BOYCE (D.E.) - CMOS Circuit Design, Layout and Simulation - . éd. IEEE Press 1999.
-
(4) - DATTEE (F.), VENOT (D.) - Les cours de l’École Supérieure d’Électricité – Électronique : concepts de base - . Collection de la Direction des Études et Recherches d’EDF, 522 p., éd. Eyrolles, Paris 1983.
-
(5) - FRANCO (S.) - Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits - . 668 p., éd. MacGraw-Hill, New York 1998.
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(6) - GIRARD (M.) - Amplificateurs opérationnels - ....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Théorie des circuits électriques linéaires
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Diodes et transistors bipolaires discrets
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Synthèse et réalisation des filtres actifs
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Filtres à capacités commutées
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Bruit de fond et mesures
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Compatibilité électromagnétique
ANNEXES
1 Sites Web des principaux fabricants
La liste ci-après contient les adresses des sites Web des principaux fabricants d’amplificateurs opérationnels. On y trouvera les spécifications des différents produits, de nombreuses notes d’application décrivant leur mise en œuvre, des modèles utilisables avec des logiciels de simulation électrique (SPICE...).
HAUT DE PAGE
http://www.analog.com/techsupt/application_notes
http://www.analog.com/support/standard_linear/seminar_material/
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http://www.burr-brown.com/applications/
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