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Institut national de formation professionnelle SAAD MOHAMED ES-SENIA ORAN Maint

Institut national de formation professionnelle SAAD MOHAMED ES-SENIA ORAN Maintenance Matériel Biomédical Exposé CIL Groupe B1-S4 les amplificateurs opérationnels Présente par: Dirige par: ➢ .NOURA AMINE Mme oulhaci ➢ . GHALI IBRAHIM ➢ .BELARBI HABIB Année: 2019/2020 2 INTRODUCTION. Les amplificateurs opérationnels sont nés au début des années 60, quand on a commencé à intégrer plusieurs transistors et résistances sur le même substrat de silicium ; cette technologie a permis de bâtir des montages complexes, et de les faire tenir sur une petite plaquette de silicium encapsulée dans un boîtier (généralement à 8 broches) commode d'emploi. Avec ces composants, on a eu accès à des amplificateurs simples d'utilisation, transmettant des signaux continus, et à mise en œuvre facile à l'aide de quelques composants annexes (résistances, condensateurs...) les caractéristiques des montages obtenus ne dépendent quasiment plus de l'amplificateur opérationnel, mais uniquement des composants passifs qui l'accompagnent, ce qui garantit une bonne fiabilité du résultat et assure sa répétabilité. 1)AMPLIFICATEUR INVERSEUR C'est le montage de base à amplificateur opérationnel. L'entrée non inverseur est reliée à la masse ; le signal d'entrée est relié à l'entrée inverseur par une résistance R1, et la sortie est reliée à cette entrée par une résistance R2. Application : L'amplificateur décrit ici permet de réaliser une commande de volume à partir d'une tension continue, et est basé sur l'utilisation d'un AOP et d'un transistor archi-connus. Attention, ce montage ne convient pas pour une source audio analogique, il ne convient que pour des signaux numériques tels ceux issus d'un oscillateur à base de NE555 ou autres portes logiques (CD4011, CD4093, etc). Il peut constituer un complément idéal à un générateur sonore "numérique" dont on souhaite faire varier l'amplitude dans le temps, pour imiter le son d'une cloche, d'un gong ou tout autre objet sonore dont l'enveloppe d'amplitude doit être copiée. Le schéma : Pour un circuit simple, c'est un circuit simple. Spécial vacances 2010. 3 Principe de fonctionnement : Ce circuit est à la base un amplificateur linéaire, basé sur un AOP câblé en amplificateur inverseur. L'exercice consiste à trouver les différences de câblage entre le schéma précédent (VCA) et celui qui suit (ampli inverseur normal). 2)AMPLIFICATEUR NON INVERSEUR L'amplificateur non inverseur est le deuxième amplificateur de base. Pour calculer le gain en tension Application : Le présent montage est une base de départ (montage expérimental) pour la réalisation d'un casque anti-bruit. Il s'intercale entre la source sonore à écouter et l'amplificateur casque, et travaille au niveau ligne. Son niveau de performance ne vaut évidement pas celui des équipements haut de gamme de Seinnheiser ou de Sony composés de DSP, mais permet néanmoins de se familiariser avec le procédé utilisé. Schéma : Le schéma qui suit représente une voie, il doit être réalisé en deux exemplaires, et ce de façon impérative, même si la source sonore à écouter au casque est de type monophonique. Préampli d'entrée : Composé d'un AOP de type LF351 (bonne bande passante à gain élevé, mais souffle un peu) ou d'un AOP de type NE5534 (moins de souffle mais bande passante moins large pour un même gain) monté en amplificateur non-inverseur, le préampli est réduit à sa plus simple expression. Le gain est fixé par la valeur des résistances R5, R6 et RV1, et équivaut grosso modo au rapport des 4 valeurs entre [RV1 + R6] et R5 : Gain = 1 + ((RV1 + R6) / R5) Si par exemple RV1 est réglé aux trois quart de sa course totale et que sa résistance vaut 75 kO, alors le gain est de l'ordre de 100, soit 40 dB. L'entrée non-inverseuse de l'AOP reçoit le signal du bruit ambiant provenant du microphone electret M1 alimenté au travers du réseaux R1 / C2 / R2 (voir alimentation d'un microphone electret), et est superposé à une tension égale à la moitiée de la tension d'alimentation générale, grâce aux deux résistances R3 et R4 de mêmes valeurs qui forment un pont diviseur par deux (voir principe de la masse virtuelle). Inverseur de phase : Le transistor Q1 est câblé de telle sorte que l'on dispose sur son collecteur et sur son émetteur, de deux signaux BF identiques mais en opposition de phase. Il est ainsi possible de sélectionner le signal qui offre la meilleur atténuation, au travers de JP1 qui n'est qu'un simple petit cavalier à déplacer sur le circuit imprimé et que vous pouvez remplacer par un classique inverseur mécanique. On pourrait penser qu'il faut inverser le signal de façon systématique pour avoir l'opposition de phase recherché, mais les microphones apportent parfois leur lot de surprise... Etage de sortie : Le signal BF du bruit ambiant amplifié est ensuite sommé avec le signal utile qui arrive sur le connecteur J1 (fiche RCA ou jack) grâce aux deux résistances de sommation R11 et R12 de 47 KO. Le signal BF résultant de la sommation est légèrement amplifié par Q2 afin de compenser la légère baisse de niveau liée à cette sommation "passive", et le signal à amplifier avant écoute au casque est disponible sur le collecteur de Q2 et ressort sur le connecteur J2 (fiche RCA ou jack). Il est vrai que le signal utile est inversé en phase par rapport à l'original, mais cela n'a pas d'importance car la même chose est faite pour les deux oreilles. Si vous pouvez vous contenter d'un niveau sonore moyen, il est possible de remplacer cet étage à transistor par un petit AOP monté en amplificateur, tel que montré à la page Ampli casque 005. 3)ADDITIONNEUR INVERSEUR. On a souvent besoin de mélanger plusieurs signaux ensemble ; la difficulté réside dans le fait qu'il faut éviter toute interaction de réglage des gains affectés aux différentes entrées, ceci pour deux raisons : si on doit recalculer tout l'échafaudage à chaque modification du gain d'une entrée, ou en cas de rajout d'une entrée, le montage n'est pas vraiment pratique. 5 on ne peut pas faire varier le gain de chaque voie indépendamment des autres, à l'aide d'un potentiomètre, par exemple, alors que c'est une fonction souvent demandée à ce genre de montage. 4)MONTAGE SOUSTRACTEUR (DIFFERENTIEL). Ce montage permet d'amplifier la différence de deux signaux. C'est un montage de base très important en mesures. 5)MONTAGE INTEGRATEUR. Nous attaquons ici les montages opérationnels plus sophistiqués que de simples additions ou soustractions. Application : Cet ampli de ligne permet de transporter un signal audio sur une grande distance (plus de 10 mètres, et même jusqu'à 50 mètres avec un câble blindé de haute qualité), tout en restant sur un mode de liaison asymétrique. On pourrait bien se demander quel intérêt peut présenter un tel ustensile, sachant qu'une liaison audio symétrique permet de faire au moins aussi bien, avec une immunité aux parasites environnants plus grande. La réponse tient en une seule caractéristique : la bande passante. Pour de l'audio "simple" en effet, l'intérêt n'est pas flagrant. En revanche, pour un signal comportant un spectre fréquentiel plus large et qui s'étend jusqu'à 100 KHz ou même 200 KHz (signal multiplex - ou composite - par exemple), ce circuit peut être le bienvenu. En somme (comme en différence), un montage à ne pas laisser entre toutes les mains. Schéma : Le circuit n'est pas bien complexe en soi, mais requiert des composants spécifiques et de bonne qualité. 6 Gain et bande passante : Le gain est fixé à 0 dB par les deux résistances R1 et R2 d'égale valeur, mais vous pouvez l'augmenter si vous le désirez, en modifiant la valeur de la résistance R2 de 10 kO. Avec une valeur double de 20 kO pour R2, le gain sera doublé et donc égal à +6 dB (amplitude de sortie double de celle d'entrée). Le condensateur C5 permet de stabiliser le circuit dans les hautes fréquences et de limiter les risques d'instabilité (oscillations parasites). Le condensateur C6 permet de limiter la bande passante, qui atteint allègrement 1 MHz (à -3 dB) en son absence. Protection de la sortie : La sortie est protégée contre les surtensions auxquelles on peut s'attendre quand on est dans un environnement perturbé, grâce à D1 qui agit en ecrêteuse de façon symétrique pour tout signal dépassant une amplitude de 26 V, quel que soit sa polarité. Cette diode n'est pas nécessaire dans un environnement sain 6)MONTAGE DERIVATEUR. Ce montage est similaire au précédent et se traite de la même manière. MONTAGES NON LINÉAIRES. Les montages précédents sont qualifiés de "linéaires" car l'amplificateur fonctionne avec la condition V+ = V- , soit dans sa plage de fonctionnement en amplificateur linéaire. Il convient de noter que certains des montages étudiés (ex : montage logarithmique) ne sont pas linéaires ! Mais, l'amplificateur, lui, fonctionne en mode linéaire. Nous allons voir maintenant plusieurs montages (et il en existe bien d'autres) dans lesquels cette condition n'est plus vérifiée. Pour ce faire, on va forcer artificiellement les deux entrées à des valeurs différentes, ce qui impliquera en sortie, du fait du gain infini (très grand pour les amplis réels), que l'ampli ne pourra prendre que deux valeurs : uploads/Litterature/ expose-amplificateur-operationnel.pdf