LES AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS INTEGRES

 

 Les amplificateurs opérationnels ou ampli différentiel intégrés sont généralement représenté par le symbole ci dessous:

Figures extraites de wikipédia

 

 
L'amplificateur opérationnel (que nous appellerons AOP ) amplifie la différence de signal entre ses deux entrées + et - avec un gain considérable. Ce qui va permettre lors de calculs ou de réalisation de schémas d'émettre l'hypothèse que si la sortie de l'AOP n'est pas saturée, (proche des tensions d'alimentation Vcc+ et Vcc- ) alors la différence de potentiel entre les deux entrées est extrêmement faible et négligeable dans les calculs.

La première famille d'Amplificateurs opérationnels fut réalisée à l'aide de transistors bipolaires (voir en fin de fiche le tableau comparatif)

    Les AOP μA702  et μA709

En 1963 Fairchild commercialise le premier AOP , le μA702 . Il a été conçu par Robert dit Bob Widlar
Robert Widlar est un ingénieur électricien américain (1937 - 1991) assez facétieux , il va concevoir chez Fairchild plusieurs ampli op Il était l'enfant terrible de la Silicon Valley .(photo de gauche)
Le  μA702 commença sa carrière commerciale , qui fut brève, à 300$

En 1965 c'est la sortie du μA709 qui est proposé à 70$ il se vend bien et même très bien. Fairchild a 2 ans de commandes d'avance
cependant ces AOP présentent plusieurs défauts , ils ne sont pas compensés et sont très instables , ils ne sont pas protégés , un court-circuit peut leur être fatal.

En novembre 1965 National Semiconductor recrute Widlar bien que Fairchild ait essayé de le retenir , Noyce continua à lui verser son salaire jusqu'en avril 1966 espérant qu'il reviendrait, mais l'offre de NS était allèchante

      L'AOP μA741

En 1966 David Fullagar (photo de droite)  rejoint Fairchild sont objectif , le μA741 en effet les familles 702 - 709 n'était pas compensées en fréquence aussi leur emploi était-il un peu compliqué, ils étaient très instables, une compensation en fréquence était nécessaire et il n'étaient pas protégés des court-circuits.

David Fullagar conçut un amplificateur avec une compensation interne qui permit à tout utilisateur d'employer un Ampli Op dans des schémas ultra simples même sans être un analogicien accompli de plus il peut supporter un courant de court-circuit indéfiniment. Le μa741 est encore produit actuellement, certainement en quantité réduite et pour un prix très modique, durant les années 90 son prix n'était beaucoup plus d'un francs.

Figures extraites de wikipédia

Seconde famille les  BIFET

La seconde famille d'amplificateurs opérationnels associe sur la même puce transistors à effet de champ à jonction (JFET - Jonction Field Effect Transistor) pour les entrées et les transistors bipolaires pour le reste et notamment les sorties. Ils prennent le nom de Bifet (bipolaires + fet)

Exemple:
 le BIFET très employé le TL081


Schéma interne du TL081  (documentation Texas Instrument ) comme le 741 le TL081 est compensé en fréquence

Troisième famille les Bimos

La troisième famille associe sur la même puce transistors à effet de champ PMOS (transistor Metal Oxyde Semiconductor canal P ) et transistors bipolaires. Cette technologie permet entre autre d'accroître l'impédance d'entrée de l'amplificateur
Schéma interne du CA3140 (documentation Intersil)


Tableau comparatif de ces trois circuits à partir de quelques caractéristiques

  Type Impédance d'entrée Courants d'entrée Slow Rate Produit Gain Bande Courant de court circuit
μA741 Bipolaire 2 kΩ 80nA 0,5 V/μs 1 Mhz 25mA
TL081 Bifet 1012Ω 20nA 16 V/μs 4 Mhz 40mA
CA3140 Bimos 1012Ω 10pA 9 V/μs 4,5Mhz 40mA

 

Pour en savoir plus sur les amplificateurs opérationnels et l'électronique analogique en général nous vous recommandons les ouvrages de Michel Girard qui a publiés chez Mac Graw Hill une série d'ouvrages d'électronique analogique dont deux tomes sont consacrés aux amplificateurs opérationnels.

Numéro de la Fiche 118
Dernière mise à jour 15-12-2015