Ampli-op simple

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Deux piles 6 volts
• Quatre transistors NPN—modèles 2N2222 ou 2N3403 recommandés (le catalogue Radio Shack n° 276-1617 est un ensemble de quinze transistors NPN idéaux pour cette expérience et d'autres)
• Deux transistors PNP – modèles 2N2907 ou 2N3906 recommandés (le catalogue Radio Shack n 276-1604 est un ensemble de quinze transistors PNP idéaux pour cette expérience et d'autres)
• Deux potentiomètres 10 kΩ, monotour, coniques linéaires (catalogue Radio Shack n° 271-1715)
• Une résistance de 270 kΩ
• Trois résistances de 100 kΩ
• Une résistance de 10 kΩ

REFERENCES CROISEES

cours en circuits électriques , Volume 3, chapitre 4 :« Transistors à jonction bipolaire » Leçons sur les circuits électriques , Volume 3, chapitre 8 :« Amplificateurs opérationnels »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Conception d'un circuit amplificateur différentiel utilisant des miroirs de courant.
• Effets de la rétroaction négative sur un amplificateur différentiel à gain élevé.

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Cette conception de circuit améliore l'amplificateur différentiel illustré précédemment. Plutôt que d'utiliser des résistances pour faire chuter la tension dans le circuit de paire différentielle, un ensemble de miroirs de courant est utilisé à la place, le résultat étant un gain de tension plus élevé et des performances plus prévisibles.

Avec un gain de tension plus élevé, ce circuit est capable de fonctionner comme un amplificateur opérationnel ou un ampli-op . Les amplificateurs opérationnels constituent la base d'un grand nombre de circuits semi-conducteurs analogiques modernes, il est donc important de comprendre le fonctionnement interne d'un amplificateur opérationnel.

Transistors PNP Q₁ et Q₂ forment un miroir de courant qui essaie de maintenir le courant divisé également à travers les deux transistors à paire différentielle Q₃ et Q₄ . Transistors NPN Q₅ et Q₆ former un autre miroir actuel, en définissant le total courant différentiel de paire à un niveau prédéterminé par la résistance R_prg .

Mesurer la tension de sortie (tension au collecteur de Q₄ par rapport à la terre) lorsque les tensions d'entrée varient. Notez comment les deux potentiomètres ont des effets différents sur la tension de sortie :une entrée a tendance à piloter la tension de sortie dans le même sens (non inverseur), tandis que l'autre a tendance à piloter la tension de sortie dans le sens opposé (inversant).

Vous remarquerez que la tension de sortie est plus sensible aux changements d'entrée lorsque les deux signaux d'entrée sont presque égaux l'un à l'autre.

Une fois que la réponse différentielle du circuit a été prouvée (la tension de sortie passant brusquement d'un niveau extrême à un autre lorsqu'une entrée est ajustée au-dessus et en dessous du niveau de tension de l'autre entrée), vous êtes prêt à utiliser ce circuit comme un véritable ampli-op. Un simple circuit d'amplificateur opérationnel appelé suiveur de tension est une bonne configuration à essayer en premier.

Pour réaliser un circuit suiveur de tension, connectez directement la sortie de l'amplificateur à son entrée inverseuse. Cela signifie connecter les bornes du collecteur et de la base de Q₄ ensemble, et en rejetant le potentiomètre « inversant » :

Notez le symbole triangulaire de l'ampli-op montré dans le diagramme schématique inférieur. Les entrées inverseuses et non inverseuses sont désignées par des symboles (-) et (+), respectivement, avec la borne de sortie au sommet droit.

Le fil de retour reliant la sortie à l'entrée inverseuse est indiqué en rouge dans les schémas ci-dessus. En tant que suiveur de tension, la tension de sortie doit « suivre » la tension d'entrée de très près, ne s'écartant pas de plus de quelques centièmes de volt.

Il s'agit d'un circuit suiveur beaucoup plus précis que celui d'un seul transistor à collecteur commun, décrit dans une expérience précédente ! Un circuit d'amplificateur opérationnel plus complexe est appelé amplificateur non inverseur , et il utilise une paire de résistances dans la boucle de rétroaction pour « rétroduire » une fraction de la tension de sortie à l'entrée inverseuse, ce qui amène l'amplificateur à produire une tension égale à un multiple de la tension à l'entrée non inverseuse.

Si nous utilisons deux résistances de valeur égale, la tension de retour sera la moitié de la tension de sortie, ce qui fera que la tension de sortie deviendra le double de la tension appliquée à l'entrée non inverseuse. Ainsi, nous avons un amplificateur de tension avec un gain précis de 2 :

Lorsque vous testez ce circuit amplificateur non inverseur, vous remarquerez peut-être de légères différences entre les tensions de sortie et d'entrée. Selon les valeurs de la résistance de rétroaction, le gain de tension doit être exactement de 2.

Cependant, vous pouvez remarquer des écarts de l'ordre de plusieurs centièmes de volt entre la tension de sortie et ce qu'elle devrait être. Ces écarts sont dus aux imperfections du circuit amplificateur différentiel et peuvent être considérablement diminués si nous ajoutons plus d'étages d'amplification pour augmenter le gain de tension différentiel.

Cependant, une façon de maximiser la précision du circuit existant est de changer la résistance de R_prg . Cette résistance définit le point de contrôle du miroir de courant inférieur et, ce faisant, influence de nombreux paramètres de performance de l'ampli-op.

Essayez de substituer des valeurs de résistance de différence, allant de 10 kΩ à 1 MΩ. N'utilisez pas une résistance inférieure à 10 kΩ, sinon les transistors à miroir de courant pourraient commencer à surchauffer et à "s'enfuir" thermiquement.

Certains amplificateurs opérationnels disponibles dans des unités préemballées permettent à l'utilisateur de « programmer » de la même manière le miroir de courant de la paire différentielle et sont appelés programmables amplis-op. La plupart des amplificateurs opérationnels ne sont pas programmables et leurs points de contrôle de miroir de courant internes sont fixés par une résistance interne, ajustée à une valeur précise en usine.