Amplificateurs faibles niveaux

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...