L'Amplificateur opérationnel appelé aussi AOP, ALI, Ampli OP

• Impédance d’entrée infinie
• Impédance de sortie nulle
• Bande passante infinie
• Gain en boucle ouverte infini
• Offset et bruit nuls
• Aucune contrainte sur les tensions d’entrée,de sortie et d’alimentation

• La bande passante n’est pas infinie.
  • Dans le datasheet, il est souvent indiqué pour quelle fréquence l’AOP n’amplifie plus (Unity-gain bandwidth)(Gain=0dB).
    • Exemple pour le LM358 : 1Mhz et le TL082 : 4Mhz
  • Il faut souvent faire un compromis entre tension d’offset et fréquence de fonctionnement élevée. Les AOP bipolaires ont souvent une tension d’offset faible mais au détriment de la bande passante. Pour les AOP CMOS/JFET, c’est l’inverse.
• Le gain en boucle ouverte est de l’ordre de 10⁵
• L’impédance d’entrée est de l’ordre de plusieurs mégaohms.
  • Pour des AOP bipolaire : ~2MΩ
  • Pour des AOP CMOS : ~10¹²Ω
• Il y a des contraintes sur les tensions d’alimentations.
  • Tous les AOP fonctionnent en monotension (il n’y a pas de broches 0V).
  • Il faut respecter la tension maximale indiquée par le constructeur. Si elles sont symétriques càd que si le constructeur vous indique que la tension d’alimentation maximum est de ±15V, il faut comprendre Valim⁺max = +15V et Valim^-min = -15V mais on peut très bien l’alimenter en -10/+20V ou en 0/30V !
  • Il faut respecter la tension minimale indiquée par le constructeur.Un TL081 a des valeurs de la tension de sortie en fonction de la tension d’alimentation qui commence à +4/-4V . Il est donc interdit de l’utiliser en dessous de ces valeurs.
• Il y a des contraintes sur les tensions d’entrées.
  • Les tensions d’entrée doivent toujours être comprise entre Valim⁺ - ΔV1 et Valim^-min + ΔV2. Ces tensions sont indiquées dans le datasheet dans la partie “Input Common-Mode Voltage Range”
    

Pour les amplificateurs “Rail to Rail” en entrée, ΔV1 et ΔV2 sont nulles

* Il y a des contraintes sur la tensions de sortie.

• La tension de sortie est comprise entre l’alimentation la plus positive et l’alimentation la plus négative (les rails d’alimentation). Cependant, sur un grand nombre d’amplificateur la tension de sortie ne peut atteindre ces rails, il y aune tension de déchet qui est spécifiée pour un certain courant de sortie (généralement 5mA). Par exemple, un TL081 alimenté en +15/-15V ne peut sortir qu’une tension de sortie de +10/-10V sur une charge de 2K. un TL081 alimenté en +30/0V ne peut sortir qu’une tension de sortie de +25/+5V sur une charge de 2K reliée à 15V.
• On voit apparaitre des amplificateurs “Rail to Rail” en sortie. La tension de déchet est alors faible (mais pas nulle, de l’ordre de 100mV)

En théorie si on a V⁺ (tension sur l’entrée non-inverseuse) = 0 et V^- (tension sur l’entrée non-inverseuse) = 0, la tension de sortie devrait être nulle, en réalité ce n’est pas le cas.
La tension d’offset (Input offset voltage) est de l’ordre de quelques milivolts.
Exemple LM358 Input Offset Voltage max = 3mV

Elle varie en fonction de la température c’est le “Input Offset Voltage Drift”.
Exemple LM358 Input Offset Voltage Drift = 20µV/°C.

La tension d’offset peut devenir problématique si elle n’est pas négligeable devant le signal que vous amplifiez. Si votre AOP est monté en amplificateur dont l’amplification est de 2000, la tension d’offset en sortie pour un LM358 sera de 6V de quoi saturer l’AOP quelque soit le signal d’entrée, si vous l’alimentez en 5V.

Une solution est de réaliser un filtre passe haut dont le gain à la fréquence du signal d’entrée soit l’amplification que vous souhaitez et dont la réjection de la composante continue soit suffisante.

Vous pouvez utiliser un AOP qui intègre une entrée de compensation de l’offset comme le TL081

En théorie un AOP ne répercutera pas sur la sortie une tension commune aux deux entrées. En pratique ce n’est pas de cas. C’est pour cette raison que le fabriquant spécifie le CMRR, le taux de réjection en mode commun qui correspond au rapport entre le gain en mode différentiel (celui qui nous intéresse) et le gain en mode commun (celui qu’on souhaite rejeter).