Les filtres contenant des AOP ( Amplificateurs opérationnels ) tel que le LM324 sont très courants dans les montages électroniques. Je vais vous expliquer ma technique pour comprendre comment se comportera votre signal avec un AOP sans passer par les mathématiques ( ou très peu ).
Les AOP dans les filtres.
Les AOP dans les filtres sont des filtres dit « actif ». Vous devez alimenter ces filtres pour qu’ils fonctionnent. La ou un filtre passif ne pourra vous redonner au maximum que la valeur d’entrée, le filtre actif pourra amplifier votre entrée en fonction de la fréquence a laquelle vous vous trouvez.
Voici un exemple ci contre de filtre actif ou d’amplification suivant comme vous voulez l’appeler.
On applique ici un signal d’entré borne 3 de l’AOP. La contre réaction ( le circuit entre la patte – et la sortie ) contient une résistance R1 de 1k et un condensateur d’ 1 uF. Le condensateur dans la contre réaction fera évoluer le gain de l’ampli en fonction de la fréquence.
Comme je vous l’ai expliqué dans l’article précédent la résistance du condensateur évolue avec la fréquence et elle s’écrit R=1/Cω , ω valant 2 x Π x F ( la fréquence ). On trouve un montage très approchant de celui-ci mais avec seulement des résistances.
L’amplificateur non inverseur.
Il est monté comme ci-contre. La seule différence ici est la résistance R2 qui est remplacé par un condensateur dans le montage précédent. Le calcul de la sortie par rapport au signal se trouve assez facilement sur le net ou dans des livres d’électroniques.
Elle s’écrit:
Vout= (1+R2/R1)*Vin
Comme vous le voyez avec une résistance rien de compliqué.
Reprenons notre premier montage:
Nous allons donc remplacer R2 par C1 dans la formule de calcul:
Vout = (1+(1/Cω)/R1)xVin
On sait que le ω = 2π x la fréquence. Avec les valeurs que nous avons ici ca donne donc ca :
- Pour 10 Hertz -> Vout=16.91 x Vin.
- à 100 Hertz -> Vout= 2,59 x Vin.
- Pour 1000 Hertz -> Vout= 1,15 x Vin.
Comme vous le voyez le gain plonge très vite lorsque l’on augmente la fréquence. Pour finir il tendra vers 1 et ne descendra jamais en dessous.
Prenons un montage plus complexe.
Il s’agit ici d’un Ampli audio linéaire que j’avais prit en exemple pour l’article sur les PWM. Lorsque l’on regarde ce montage on peut trouver des similitudes avec l’exemple précèdent.
Le signal rentre sur la patte + (patte 3) au travers de C1 qui est la pour centrer le signal sur le 0V (retirer la composante continue). On retrouve le circuit de gain avec C2 R2 et R3.
Si l’on regarde seulement ces pattes la , on se rend compte que ce n’est qu’un montage non inverseur dont R1 ( R2 ci-contre) variera de 680 ohm en haute fréquence a infini en basse fréquence.
Vout = ( 1+R3/( R1+(1/Cω) ) ) x Vin
A haute fréquence -> 1/Cω tant vers 0 il nous reste donc 1+22000/680 ce qui donne un gain de 33.
A basse fréquence (10 hertz) -> 1/Cω = 1/(0.000022 x 2 x 3.14 x 10) = 723 ( pour 10 hertz )
il nous reste donc 1+(22000/(680+723)) =16.7 de gain
Ca nous donne donc un passe haut.
Pour finir
Vous pourrez trouver beaucoup de littérature sur les AOP de la plus complexe a la plus simple. Mais ce n’est souvent pas très pratique et encore moins facile a appliquer en regardant un montage. Le plus souvent vous aurez envie de comprendre rapidement ceux a quoi vous avez a faire et le penser avec un montage équivalent en tête reste une solution assez pratique.
J’aime bien me référer au montage de base des AOP vous pourrez trouver un page simple a utiliser ici.
J’espère que cet article vous sera utile !
Sylvain Altmayer