Amplificateur Op´erationnel

Résumé

Ce TP de Licence Génie Biomédical (L3) présente les principes fondamentaux des amplificateurs opérationnels (OpAmp) à l’aide de l’OpAmp uA741 ou LM324. L’étudiant réalise d’abord un suiveur (gain = 1) puis mesure la bande passante et la fréquence de coupure en variant la résistance de charge. Il étudie ensuite les caractéristiques d’entrée et de sortie, calcule les impédances d’entrée et de sortie, et dérive les formules de gain pour les configurations non‑inverseur et inverseur. Le TP poursuit avec des circuits mathématiques : sommateur, amplificateur différentiel, intégrateur et dérivateur, où l’étudiant vérifie les expressions théoriques par des mesures. Un amplificateur logarithmique est présenté, ainsi que son inversion en amplificateur exponentiel. Enfin, des comparateurs, y compris un comparateur à seuils multiples (Schmitt trigger), sont montés et analysés. À travers ces expériences, l’étudiant apprend à concevoir, mesurer et interpréter les performances des OpAmp dans des applications classiques d’électronique analogique.

Ce que ce cours apporte

Ce TP permet aux étudiants de maîtriser la conception et l’analyse de circuits analogiques essentiels, renforçant leur compréhension des OpAmp et de leurs applications. Il prépare les étudiants aux projets de recherche et aux systèmes embarqués où la précision analogique est cruciale. En intégrant mesures expérimentales et vérifications théoriques, il favorise une approche critique et pratique de l’électronique.

Architecture du cours

1. Introduction aux amplificateurs opérationnelsPrésentation de l’OpAmp, schéma de connexion et spécifications du uA741/LM324.
2. Montage suiveur et bande passanteConstruction d’un suiveur, mesure du gain et de la fréquence de coupure.
3. Caractéristiques d’entrée et de sortieMesure des impédances d’entrée et de sortie via diviseurs de tension.
4. Amplificateur non‑inverseurDétermination de la formule de gain et ajustement pour un gain de 20.
5. Amplificateur inverseurCalcul du gain, montage pour gain 100, et analyse de la fréquence de coupure.
6. Circuits mathématiquesSommateur, amplificateur différentiel, intégrateur et dérivateur, vérification des expressions théoriques.
7. Amplificateur logarithmiqueMontage, démonstration de la relation logarithmique et conversion en amplificateur exponentiel.
8. Comparateurs et Schmitt triggerMontage de comparateurs, réglage des seuils et comparaison avec un trigger à deux seuils.

Mots-clés à maîtriser

Amplificateur opérationnel

Circuit intégré capable de réaliser des opérations mathématiques analogiques.

OpAmp

Abréviation courante pour amplifier opérationnel.

Gain

Rapport entre tension de sortie et tension d’entrée.

Fréquence de coupure

Fréquence à laquelle le gain chute de 3 dB.

Bande passante

Plage de fréquences où le circuit maintient son gain nominal.

Suiveur

Amplificateur avec gain théorique de 1, utilisé comme buffer.

Non‑inverseur

Configuration où la sortie est en phase avec l’entrée positive.

Inverseur

Configuration où la sortie est en opposition de phase avec l’entrée.

Sommateur

Circuit qui additionne plusieurs tensions d’entrée.

Amplificateur différentiel

Circuit qui amplifie la différence entre deux signaux.

Intégrateur

Circuit qui produit une sortie proportionnelle à l’intégrale de l’entrée.

Dérivateur

Circuit qui produit une sortie proportionnelle à la dérivée de l’entrée.

Amplificateur logarithmique

Circuit qui convertit une tension d’entrée en son logarithme.

Comparateur

Circuit qui compare deux tensions et produit une sortie binaire.

Schmitt trigger

Comparateur avec hystérésis, fournissant deux seuils de déclenchement.