Definitions
Amplificateur Opérationnel (AOP)
Un composant électronique utilisé pour amplifier la différence de potentiel entre deux entrées.
Saturation
Lorsque la sortie d'un amplificateur opérationnel atteint une tension maximale (Vsat) et ne peut pas augmenter davantage, quelle que soit l'entrée.
Constante de temps (τ)
Paramètre déterminant la vitesse de charge/décharge d'un condensateur, donné par τ=R⋅C.
Fonctionnement en régime linéaire de l'AOP
Dans un fonctionnement en régime linéaire, l'AOP utilise une boucle de rétroaction fermée où V+≈V−, et les courants d'entrée i=0. La sortie Vs est exprimée par Vs=A(V+−V−) où A est très grand, ce qui permet de considérer V+≈V−.
Configurations d'amplificateurs avec AOP
Suiveur (buffer)
Dans cette configuration, la sortie est égale à l'entrée (Vs=Ve), ce qui empêche l'amplification mais offre une impédance de sortie faible.
Amplificateur inverseur
Dans cette configuration, le gain est déterminé par A=−R2/R1, et la sortie Vs est équivalente à Vs=−A⋅Ve. Les courants vérifient la relation IR1=IR2.
Amplificateur non inverseur
Cette configuration permet d'avoir un gain A donné par A=1+R2/R1, et la sortie Vs=A⋅Vcapteur. Elle offre plus de stabilité par rapport à l'amplificateur inverseur.
Comparateur avec AOP
Le comparateur utilise l'AOP pour déterminer si V+ est plus grand que V− (Vs=+Vsat) ou moins (Vs=−Vsat). La sortie est binaire et peut se situer entre +Vsat ou −Vsat, avec un seuil de basculement déterminant le point de commutation.
Calcul de gain et décibels
Le gain en tension est défini par A=Vs/Ve, pouvant être exprimé en décibels (dB) par la formule G=20log₁₀|A| pour quantifier la puissance relative d'un signal.
Composants réactifs : Condensateurs et Bobines
Condensateur
Un condensateur stocke de l'énergie électrique q sous la relation Q=C⋅U, son énergie est E=1/2CU², et il a un courant i=CdU/dt. La capacité est déterminée par C=ε₀⋅εr⋅S/d.
Bobine
Une bobine stocke de l’énergie magnétique et son comportement est décrit par u=Ldi/dt. L'énergie emmagasinée est E=1/2Li².
Charge et Décharge d’un Condensateur
Lorsqu'un condensateur se charge ou se décharge, son comportement est modélisé par l'équation différentielle τdUc/dt+Uc=Uc∞. La solution canonique est donnée par Uc(t)=Uc∞⋅(1−e−t/τ), indiquant qu'environ 95% de la charge est atteinte à t=3τ.
Chaîne de Mesure
Une chaîne de mesure transforme une grandeur physique en un signal électrique (capteur), adapte le signal pour l'exploitation (conditionneur de capteur), conditionne le signal (conditionneur de signal) et le convertit en signal numérique (CAN).
To remember :
Ce cours sur l'électricité et les amplificateurs opérationnels (AOP) décrit le fonctionnement en régime linéaire avec rétroaction fermée, courants nuls en entrée, et sortie proportionnelle à la différence de tension d'entrée. Plusieurs configurations, telles que le suiveur, l'amplificateur inverseur, et non inverseur, ont des implications différentes sur le gain et la sortie. Le comparateur avec AOP distingue les différences de tension par sortie saturée, et le gain est mesurable en tensions et décibels. Les composants réactifs comme les condensateurs et bobines participent également à la dynamique électrique par stockage d'énergie et comportement transitoire. Enfin, une chaîne de mesure transforme et conditionne les signaux pour l'analyse numérique.
