Méthode d'analyse de base pour les amplificateurs opérationnels : circuit ouvert virtuel, court-circuit virtuel. Pour les circuits d'amplificateurs opérationnels peu familiers, utilisez cette méthode d'analyse de base.
Les amplificateurs opérationnels sont des dispositifs largement utilisés. Connectés à des réseaux de rétroaction appropriés, ils peuvent servir d'amplificateurs CA et CC de précision, de filtres actifs, d'oscillateurs et de comparateurs de tension.
- Application des amplificateurs opérationnels au filtrage actif
La figure ci-dessus illustre un circuit de filtrage actif typique (circuit Saron-Kayl, un type de circuit Butterworth). L'avantage du filtrage actif est qu'il permet une décroissance plus rapide des signaux supérieurs à la fréquence de coupure, et que ses caractéristiques de filtrage ne nécessitent pas de capacité ni de résistance élevées.
Les points de conception de ce circuit sont les suivants : pour respecter la fréquence de coupure appropriée, les valeurs de résistance de R233 et R230 doivent être choisies aussi cohérentes que possible, et les capacités de C50 et C201 doivent être choisies aussi cohérentes que possible (lorsque les valeurs de résistance et de capacité du circuit RC à deux étages sont égales, on parle de circuit Saron-Kayl), afin de normaliser les types de dispositifs tout en garantissant les performances de filtrage. Parmi ces résistances, la résistance R280 empêche la suspension de l'entrée, ce qui entraînerait une sortie anormale de l'amplificateur opérationnel.
Les trois circuits de filtre passe-bas actif du second ordre les plus couramment utilisés pour le filtrage sont : Butterworth, décroissant de façon monotone, plat et à courbe la plus lisse ;
Le circuit passe-bas le plus utilisé dans le filtrage Butterworth est le circuit Saron-Kayl, qui est le circuit simulé.
Pour un filtre, vous devez connaître sa fréquence de coupure, ou vous pouvez écrire la fonction de transfert et la réponse en fréquence.
Si le filtre possède également une fonction d'amplification, vous devez connaître le gain du filtre.
Lorsque les valeurs de résistance et de capacité du circuit RC à deux étages sont égales, on parle de circuit Serenka. Une rétroaction négative est introduite dans le circuit actif du second ordre pour provoquer une chute rapide de la tension de sortie dans la plage des hautes fréquences.
Le gain de bande passante du circuit de filtre passe-bas actif du second ordre est de 1+Rf/R1, ce qui est le même que celui du circuit de filtre passe-bas du premier ordre ;
Notez que l'unité de m est l'ohm et l'unité de N est l'u
La fréquence de coupure est donc calculée comme étant
Tchebychev, déclinant rapidement, mais avec des ondulations dans la bande passante ;
Bessel (elliptique), le déphasage est proportionnel à la fréquence et le retard de groupe est essentiellement constant.
2. Application de l'amplificateur opérationnel dans un comparateur de tension
Ce circuit est en fait une combinaison d'un comparateur de passage par zéro et d'un circuit amplificateur profond.
La sortie est amplifiée par (1+R292/R273). Plus le facteur d'amplification est élevé, plus le front montant de l'onde carrée est raide.
Il existe également une valeur de résistance de composant clé dans ce circuit à laquelle il faut prêter attention, à savoir R275, qui détermine la vitesse de montée de l'onde carrée.
3. Conception d'un circuit source de courant constant
Comme le montre la figure, le processus d’analyse du principe du courant constant est le suivant :
U5B (l'ampli-op inférieur dans la figure ci-dessus) est un suiveur de tension, donc V1=V4 ;
Selon le principe du court-circuit virtuel de l'amplificateur opérationnel, pour l'amplificateur opérationnel U4A (l'amplificateur opérationnel supérieur dans la figure ci-dessus) : V3=V5 ;
En combinant les équations ci-dessus, nous obtenons :
Lorsque la tension de référence Vref est fixée à 1.8 V, la résistance R30 est de 3.6 et le courant de sortie est constant à 0.5 mA.
Ce circuit source de courant constant permet de concevoir des sources de courant constant pour d'autres courants. L'idée de base est la suivante : toutes les résistances doivent être de haute précision et présenter des valeurs de résistance constantes. La tension de référence d'entrée (à l'aide d'une puce de tension de référence spéciale) est divisée par la valeur de résistance pour obtenir le courant de sortie.
Cependant, en pratique, afin de protéger le circuit source de courant constant, une diode et une résistance sont généralement connectées en série à la sortie. Le premier avantage est d'empêcher toute interférence externe susceptible de l'endommager, et le second d'empêcher tout court-circuit de la charge externe, afin de ne pas endommager le circuit source de courant constant.
5. Circuit de mesure de la résistance thermique
Le circuit illustré ci-dessus est un circuit de mesure de résistance/couple thermique classique. Le principe de mesure est le suivant : une source de courant constant de 1 à 10 mA est appliquée à la charge, ce qui génère une tension spécifique sur la charge. Cette tension est ensuite filtrée activement. Après traitement, le signal est ajusté (amplification ou atténuation), puis transmis à l'interface CAN.
Lors de l'utilisation de ce circuit, veillez à appliquer une protection en entrée. Les TVS peuvent être connectés en parallèle, mais il faut tenir compte de l'impact des condensateurs sur la précision des mesures. Bien entendu, pour des applications à faible coût, le schéma ci-dessus peut être simplifié comme suit :
Dans l'utilisation d'amplificateurs opérationnels, le suiveur de tension est une application courante. Les avantages de ce circuit sont : premièrement, il réduit l'impact de la charge sur la source du signal ; deuxièmement, il améliore la capacité du signal à supporter la charge.
7.Application de l'alimentation électrique unique
Lors de l'utilisation réelle des amplificateurs opérationnels, nous utilisons généralement deux alimentations pour maintenir les caractéristiques de fréquence. Cependant, il arrive qu'une seule alimentation suffise à assurer le fonctionnement normal de l'amplificateur opérationnel.
Tout d’abord, nous utilisons le circuit suiveur de l’amplificateur opérationnel pour réaliser un diviseur de tension VCC/2 :
Bien sûr, si les exigences ne sont pas très élevées, nous pouvons diviser directement la tension avec des résistances pour obtenir +VCC/2, mais en raison des caractéristiques de la division de tension des résistances, sa vitesse de réponse dynamique sera très lente, veuillez donc l'utiliser avec prudence.
Après avoir obtenu +VCC/2, nous pouvons utiliser une seule alimentation pour réaliser la fonction d'amplification du signal, comme indiqué ci-dessous :
Dans ce circuit, R66=R67//R68, et le gain de sortie du signal est G=-R67/R68.
L'application spécifique est illustrée dans la figure ci-dessous : l'amplificateur opérationnel est alimenté par un seul convertisseur analogique-numérique +5 V, et la tension de la puce analogique-numérique est de 3.3 V (obtenue par la puce de tension de référence REF3033). La tension de 3.3 V est divisée par des résistances, puis appliquée à l'amplificateur opérationnel pour obtenir 1.65 V, qui est transmis à la borne d'entrée en phase de l'amplificateur opérationnel.
