Suiveur de tension de précision : maîtriser la rétroaction de l'AO pour un suivi de signal précis

Composants et matériel

• Amplificateur opérationnel : modèle 1458 ou 353 (Radio Shack catalogue # 276‑038 et # 900‑6298, respectivement)
• Trois piles 6 volts
• Potentiomètre à taper linéaire de 10 kΩ (Radio Shack catalogue # 271‑1715)

Références croisées

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapitre 8 : « Amplificateurs opérationnels ».

Objectifs d'apprentissage

• Démontrer comment configurer un AO comme suiveur de tension.
• Expliquer le rôle de la rétroaction négative dans l'obtention d'une configuration à gain unitaire.
• Décrire une approche systématique de dépannage pour les circuits à AO.

Schéma électrique

Illustration

Instructions

Dans les expériences précédentes, nous avons utilisé l'AO en configuration boucle ouverte, qui délivre son gain de tension maximal. Bien que cela soit utile pour les applications de comparateur, cela sature rapidement la sortie pour toute entrée différentielle non-nulle. Pour utiliser l'AO comme un véritable amplificateur à gain prévisible, nous introduisons une rétroaction négative.

En reliant la sortie directement à l'entrée inversante (-), l'AO ajuste automatiquement sa sortie de sorte que la tension à l'entrée inversante corresponde à celle de l'entrée non-inversante (+). Avec cette rétroaction directe, le circuit se comporte comme un suiveur de tension — un tampon à gain unitaire qui reproduit la tension d'entrée à sa sortie avec une précision de l'ordre du microvolt.

Mesurez la tension à l'entrée non-inversante (entre l'entrée + et la masse) et à la sortie (entre la borne de sortie et la masse). En tournant le potentiomètre, observez la sortie suivre fidèlement l'entrée.

Pour une évaluation plus directe, placez un voltmètre aux bornes des deux entrées. Sur la majeure partie de la plage du potentiomètre, la tension d'erreur sera négligeable.

Lorsque le potentiomètre est réglé sur une extrémité, vous pouvez remarquer une erreur mesurable, en particulier avec les modèles 1458 ou 353. Ces AO ne peuvent pas faire osciller leur sortie jusqu'aux rails d'alimentation (+18 V et 0 V). Typiquement, ils restent en deçà d'environ 1 à 2 V, une limitation courante que les concepteurs doivent prendre en compte. Si une performance rail-à-rail est requise, envisagez un AO comme le 3130.

Les suiveurs de tension sont inestimables lorsque le signal source a une impédance élevée et ne peut pas tolérer de charge. Bien que le gain de tension soit unitaire, la faible impédance de sortie du suiveur permet au signal de piloter des charges plus lourdes sans distorsion.

Ils servent également d'outil de diagnostic pratique. Si un AO dans un circuit complexe est suspecté de défaillance, recâblez-le en simple suiveur de tension. Un AO sain reproduira la tension d'entrée avec précision ; l'incapacité à le faire indique un composant défectueux.

Simulation informatique

Schéma avec numéros de nœuds SPICE :

Netlist (copiez le suivant dans un fichier texte nommé voltage_follower.cir) :

Suiveur de tension
vinput 1 0
rbogus 1 0 1meg
e1 2 0 1 2 999meg
rload 2 0 10k
.dc vinput 5 5 1
.print dc v(1,0) v(2,0) v(1,2)
.end

Dans ce modèle, l'AO est représenté par une source de tension dépendante (e1) avec un gain en boucle ouverte de 999 MΩ. La grande résistance rbogus (1 MΩ) et la résistance de charge (rload) fournissent les chemins DC nécessaires pour que SPICE converge.

Feuille de travail associée

• Feuille de travail : Circuits AO à rétroaction positive