Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Patrick ALDEBERT : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité - Docteur en sciences - Adjoint du Directeur des Études et Professeur à l’École Supérieure d’Électricité
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Lire l’articleINTRODUCTION
Un amplificateur est un bloc fonctionnel qui réalise sur une grandeur électrique (tension ou intensité) porteuse d'information l'opération mathéma-tique élémentaire : multiplication par une constante, et qui accroît l'énergie véhiculée par cette grandeur.
Cette dernière propriété de l'amplification résulte de la présence d'un ou plusieurs éléments actifs fondamentalement non linéaires associés à une source d'alimentation assurant la fourniture de l'énergie nécessaire.
Pour réaliser un amplificateur, le concepteur a accès à un nombre important de dispositifs technologiques (amplificateur opérationnel intégré, transistors bipolaires ou à effet de champ, discrets ou intégrés au sein d'un circuit intégré à application spécifique ASIC (Application Specific Integrated Circuit)). Pour chacun d'eux, le nombre de variantes et de schémas possibles n'est limité que par la créativité des concepteurs. Il serait donc illusoire de chercher à en faire la nomenclature exhaustive.
L'amplification est une fonction fondamentale qui intervient dans la plupart des systèmes électroniques explicitement ou implicitement (filtres actifs, oscillateurs, modulateurs...). Les choix à effectuer (technologie, composants, structures...) dépendent des caractéristiques des signaux à traiter : composition spectrale (signaux basse ou haute fréquence, large bande, bande étroite...), amplitude...
Nous nous limiterons ici au cas des amplificateurs faibles niveaux pour lesquels l'amplitude des signaux traités est suffisamment faible pour pouvoir confondre les caractéristiques non linéaires des composants actifs avec leur tangente au point de repos et négliger l'influence des non-linéarités. Les amplificateurs dits de puissance, traitant des signaux de niveau élevé pour lesquels il faut tenir compte de la courbure des caractéristiques, des distorsions, des saturations..., font l'objet d'un autre article de ce traité.
Par ailleurs, nous restreindrons notre étude à un domaine de fréquences pour lequel les composants peuvent être représentés par un modèle à constantes localisées. L'étude d'amplificateurs fonctionnant à des fréquences plus élevées repose sur des méthodes d'analyse et des modèles différents (paramètres de distribution...) et sort du cadre de cet article.
Après avoir rappelé des notions générales sur les sources commandées, nous indiquerons les principes de base de réalisation d'amplificateurs. On ne cherchera pas à fournir une « schémathèque » mais plutôt à dégager les propriétés essentielles des structures de base de manière à guider le choix du concepteur.
Nous étudierons, dans un deuxième temps, le comportement fréquentiel des structures amplificatrices (limitations de la bande passante, stabilité...).
Enfin, après avoir rappelé les notions fondamentales sur le bruit de fond, nous chercherons à caractériser les différents étages amplificateurs étudiés vis-à-vis du bruit et nous proposerons quelques solutions pour en minimiser l'effet.
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Comportement des amplificateurs vis-à-vis du bruit4. Stabilité
4.1 Critère de stabilité
Dans la pratique, Avβ possède de nombreux pôles (pôles dus à l’amplificateur opérationnel, pôles dus aux capacités parasites et à β). Le déphasage de Avβ peut donc atteindre π pour une valeur finie f. Si, à cette fréquence, le module de Avβ est supérieur à 1, la structure bouclée est instable.
Pour étudier la stabilité de la structure bouclée, on pourrait utiliser les méthodes générales de l’automatique. Cependant, en électronique, un système est considéré comme stable s’il respecte les conditions de stabilité définies dans la théorie de la réaction et si son comportement est voisin de celui des systèmes à amortissement optimal. Compte tenu de la faible précision sur la position des pôles et des zéros, on raisonne sur les tracés asymptotiques de ½Av½ et de ½1/β ½ et on utilise le critère simplifié de stabilité suivant : le système bouclé sera stable avec une marge de gain et de phase convenable si les tracés asymptotiques des modules de Av et 1/β se coupent en un point où la différence entre la pente du module de Av et celle du module de 1/β est supérieure ou égale à − 20 dB/décade (figure 22).
Le tracé de 1/½β½ doit éventuellement tenir compte des éléments parasites déstabilisants (capacités d’entrée et de sortie de l’amplificateur opérationnel...).
La capacité parasite Ce entre les entrées de l’amplificateur opérationnel modifie la transmittance de retour β. Dans l’exemple de la figure 23, R1 est alors remplacé par
.
devient alors
.
Une capacité...
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Stabilité
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALDEBERT (P.) - Électronique analogique – structures de base - . Polycopié Supélec no 1135, 2000.
-
(2) - ALLEN (P.E.), HOLDBERG (D.R.) - CMOS Analog Circuit Design - . 693 p., éd. Holt, Rinehart & Winston, New York 1987.
-
(3) - BAKER (R.J.), LI (H.W.), BOYCE (D.E.) - CMOS Circuit Design, Layout and Simulation - . éd. IEEE Press 1999.
-
(4) - DATTEE (F.), VENOT (D.) - Les cours de l’École Supérieure d’Électricité – Électronique : concepts de base - . Collection de la Direction des Études et Recherches d’EDF, 522 p., éd. Eyrolles, Paris 1983.
-
(5) - FRANCO (S.) - Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits - . 668 p., éd. MacGraw-Hill, New York 1998.
-
(6) - GIRARD (M.) - Amplificateurs opérationnels - ....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Théorie des circuits électriques linéaires
-
Diodes et transistors bipolaires discrets
-
Synthèse et réalisation des filtres actifs
-
Filtres à capacités commutées
-
Bruit de fond et mesures
-
Compatibilité électromagnétique
ANNEXES
1 Sites Web des principaux fabricants
La liste ci-après contient les adresses des sites Web des principaux fabricants d’amplificateurs opérationnels. On y trouvera les spécifications des différents produits, de nombreuses notes d’application décrivant leur mise en œuvre, des modèles utilisables avec des logiciels de simulation électrique (SPICE...).
HAUT DE PAGE
http://www.analog.com/techsupt/application_notes
http://www.analog.com/support/standard_linear/seminar_material/
HAUT DE PAGE
http://www.burr-brown.com/applications/
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