Amplificateur opérationnel inverseur
Amplifie un signal et retourne-le
Op amp abrège operational amplifier, amplificateur opérationnel : un circuit alimenté amplifie la différence de deux entrées. La contre-réaction négative ramène la sortie à l’entrée soustractive. Inverser change le signe ; le gain est le rapport sortie/entrée. L’écrêtage limite une sortie demandée au-delà de l’alimentation. Av désigne le gain linéaire en tension, en V/V : volts de sortie par volt d’entrée, avant écrêtage.
TABLE D’EXPÉRIENCES
Modifie les réglages du circuit, prédis les mesures puis vérifie un défi. Ce sont des modèles pédagogiques ; chaque leçon explique leurs hypothèses.
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Comment ça marche
Amplificateur idéal alimenté en +5 V et −5 V, sortie limitée à ces rails. Sans limites de bande passante, vitesse ou courant. Les composants réels ont d’autres limites ; modèle non testé physiquement.
Vout demandée = −Vin × Rf/Rin. Vin est l’entrée, Rf la résistance de retour et Rin la résistance d’entrée. En régime linéaire, l’entrée soustractive reste proche de 0 V : masse virtuelle, pas fil vers la masse. L’approximation échoue en écrêtage. Le courant d’entrée mesuré vient de la source à travers Rin, pas du courant dans la borne idéale de l’amplificateur, qui est nul. En écrêtage, Iin = (Vin − Vout)/(Rin + Rf), avec Vout réelle.
Difficulté
Construis · Observe
Allume avec entrée +1 V, résistance d’entrée 10 kΩ et retour 20 kΩ. Lis sortie −2 V.
Besoin d’un indice ?
+1 V; Rin 10 kΩ; Rf 20 kΩ → −2 V
Explore · Règle
À entrée +0.5 V, obtiens une sortie entre −1.9 et −2.1 V sans écrêtage.
Besoin d’un indice ?
+0.5 V; Rin 10 kΩ; Rf 40 kΩ → −2 V
Résous · Découvre la limite
À entrée +1 V, choisis les résistances pour un gain en valeur absolue d’au moins 6. Observe la sortie écrêtée à −5 V.
Besoin d’un indice ?
+1 V; Rin 5 kΩ; Rf 30 kΩ → demandée −6 V, réelle −5 V
Lectures complémentaires et fiches de circuits
Amplifie un signal et retourne-le
Un lien utile
Doubler les deux résistances conserve le gain mais divise le courant d’entrée par deux en régime linéaire.
Un détail surprenant
L’énergie de sortie vient de l’alimentation. Les résistances fixent le gain, elles ne fournissent pas cette énergie.
Un piège à éviter
La masse virtuelle exige une contre-réaction linéaire adaptée. Un amplificateur écrêté ne maintient pas son entrée soustractive à 0 V.
Rf double, Rin reste fixe, sans écrêtage. Le gain en valeur absolue…
- est divisé par deux
- double
- reste identique
Pour aller plus loin
Sa valeur est Rf/Rin : doubler seulement Rf la double.