Commentaires positifs

Comme nous l'avons vu, la rétroaction négative est un principe incroyablement utile lorsqu'il est appliqué aux amplificateurs opérationnels. C'est ce qui nous permet de créer tous ces circuits pratiques, capables de définir avec précision les gains, les taux et d'autres paramètres importants avec seulement quelques changements de valeurs de résistance. La rétroaction négative rend tous ces circuits stables et autocorrectifs.

Le principe de base de la rétroaction négative est que la sortie a tendance à conduire dans une direction qui crée une condition d'équilibre (équilibre). Dans un circuit d'amplificateur opérationnel sans rétroaction, il n'y a pas de mécanisme correctif et la tension de sortie saturera avec la plus petite quantité de tension différentielle appliquée entre les entrées. Le résultat est un comparateur :

Avec une rétroaction négative (la tension de sortie « renvoyée » d'une manière ou d'une autre à l'entrée inverseuse), le circuit a tendance à s'empêcher de conduire la sortie à pleine saturation. Au contraire, la tension de sortie ne conduit qu'à une valeur aussi élevée ou aussi basse que nécessaire pour équilibrer les tensions des deux entrées :

Que la sortie soit directement renvoyée à l'entrée inverseuse (-) ou couplée via un ensemble de composants, l'effet est le même :le gain de tension différentiel extrêmement élevé de l'ampli-op sera « dominé » et le circuit répondra en fonction de aux impératifs de la "boucle" de retour reliant la sortie à l'entrée inverseuse.

Comment fonctionne la rétroaction positive dans un ampli opérationnel ?

Un autre type de retour, à savoir le retour positif , trouve également une application dans les circuits d'amplificateurs opérationnels. Contrairement à la rétroaction négative, où la tension de sortie est « renvoyée » à l'entrée inverseuse (-), avec une rétroaction positive, la tension de sortie est en quelque sorte renvoyée vers l'entrée non inverseuse (+). Dans sa forme la plus simple, nous pourrions connecter un morceau de fil droit de la sortie à l'entrée non inverseuse et voir ce qui se passe :

L'entrée inverseuse reste déconnectée de la boucle de rétroaction et est libre de recevoir une tension externe. Voyons ce qui se passe si nous mettons à la terre l'entrée inverseuse :

Avec l'entrée inverseuse mise à la terre (maintenue à zéro volt), la tension de sortie sera dictée par l'amplitude et la polarité de la tension à l'entrée non inverseuse. Si cette tension s'avère positive, l'amplificateur opérationnel entraînera également sa sortie positive, renvoyant cette tension positive à l'entrée non inverseuse, ce qui entraînera une saturation de sortie positive complète. D'un autre côté, si la tension sur l'entrée non inverseuse commence à être négative, la sortie de l'ampli-op conduira dans le sens négatif, renvoyant à l'entrée non inverseuse et entraînant une saturation négative complète.

On a ici un circuit dont la sortie est bistable :stable dans l'un des deux états (saturé positif ou saturé négatif). Une fois qu'il a atteint l'un de ces états saturés, il aura tendance à rester dans cet état, immuable. Ce qui est nécessaire pour le faire basculer, c'est une tension placée sur l'entrée inverseuse (-) de la même polarité, mais d'une amplitude légèrement supérieure. Par exemple, si notre circuit est saturé à une tension de sortie de +12 volts, il faudra une tension d'entrée à l'entrée inverseuse d'au moins +12 volts pour que la sortie change. Quand il change, il saturera complètement en négatif.

En quoi les commentaires positifs sont-ils utiles ?

Un ampli-op avec une rétroaction positive a tendance à rester dans l'état de sortie dans lequel il se trouve déjà. Il «se verrouille» entre l'un des deux états, saturé positif ou saturé négatif. Techniquement, cela s'appelle hystérésis .

L'hystérésis peut être une propriété utile pour un circuit comparateur. Comme nous l'avons vu auparavant, les comparateurs peuvent être utilisés pour produire une onde carrée à partir de n'importe quelle sorte de forme d'onde de rampe (onde sinusoïdale, onde triangulaire, onde en dents de scie, etc.). Si la forme d'onde CA entrante est sans bruit (c'est-à-dire une forme d'onde « pure »), un simple comparateur fonctionnera très bien.

Cependant, s'il existe des anomalies dans la forme d'onde telles que des harmoniques ou des "pointes" qui provoquent une augmentation et une chute significatives de la tension au cours d'un seul cycle, la sortie d'un comparateur peut changer d'état de manière inattendue :

Chaque fois qu'il y a une transition à travers le niveau de tension de référence, quelle que soit la taille de cette transition, la sortie du comparateur changera d'état, produisant une onde carrée avec des "problèmes".

Si nous ajoutons un peu de retour positif au circuit comparateur, nous introduirons une hystérésis dans la sortie. Cette hystérésis fera en sorte que la sortie reste dans son état actuel à moins que la tension d'entrée CA ne subisse un majeur changement d'ampleur.

Ce que cette résistance de rétroaction crée est une double référence pour le circuit comparateur. La tension appliquée à l'entrée non inverseuse (+) comme référence à comparer avec la tension alternative entrante change en fonction de la valeur de la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel. Lorsque la sortie de l'amplificateur opérationnel est saturée positivement, la tension de référence à l'entrée non inverseuse sera plus positive qu'auparavant. Inversement, lorsque la sortie de l'amplificateur opérationnel est saturée négativement, la tension de référence à l'entrée non inverseuse sera plus négative qu'auparavant. Le résultat est plus facile à comprendre sur un graphique :

Lorsque la sortie de l'amplificateur opérationnel est saturée positivement, la tension de référence supérieure est en vigueur et la sortie ne chutera pas à un niveau de saturation négatif à moins que l'entrée CA ne monte au-dessus ce niveau de référence supérieur. Inversement, lorsque la sortie de l'ampli-op est saturée négativement, la tension de référence inférieure est en vigueur et la sortie n'atteindra pas un niveau de saturation positif à moins que l'entrée CA ne tombe en dessous ce niveau de référence inférieur. Le résultat est à nouveau une sortie d'onde carrée propre, malgré des quantités importantes de distorsion dans le signal d'entrée CA. Pour qu'un "problème" fasse passer le comparateur d'un état à un autre, il devrait être au moins aussi grand (grand) que la différence entre les niveaux de tension de référence supérieur et inférieur, et au bon moment franchir ces deux niveaux.

Une autre application de la rétroaction positive dans les circuits d'amplificateurs opérationnels est la construction de circuits oscillateurs. Un oscillateur est un appareil qui produit une tension de sortie alternative (CA), ou au moins pulsée. Techniquement, il est connu comme un astable appareil :n'ayant pas d'état de sortie stable (pas d'équilibre du tout). Les oscillateurs sont des appareils très utiles, et ils sont facilement fabriqués avec juste un ampli-op et quelques composants externes.

Lorsque la sortie est saturée positive, le V_ref sera positif et le condensateur se chargera dans le sens positif. Lorsque V_rampe dépasse V_ref par la plus petite marge, la sortie saturera négativement et le condensateur se chargera dans le sens opposé (polarité). L'oscillation se produit parce que la rétroaction positive est instantanée et la rétroaction négative est retardée (au moyen d'une constante de temps RC). La fréquence de cet oscillateur peut être ajustée en faisant varier la taille de n'importe quel composant.

AVIS :

• Les commentaires négatifs créent une condition d'équilibre (équilibre). Les commentaires positifs créent une condition d'hystérésis (la tendance à « s'accrocher » dans l'un des deux états extrêmes).
• Un oscillateur est un appareil produisant une tension de sortie alternative ou pulsée.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Feuille de travail sur les circuits d'amplificateur opérationnel à rétroaction positive