Amplification: gain, préamplificateur, amplificateur de puissance, amplificateur opérationnel
Les amplificateurs sont essentiels pour traiter et conditionner les signaux électriques, que ce soit en audio, en instrumentation ou dans de multiples systèmes électroniques. L’amplification se caractérise par un gain permettant d’augmenter la tension ou le courant d’un signal faible. Le préamplificateur traite les signaux de très faible amplitude, tandis que l’amplificateur de puissance est conçu pour délivrer des niveaux élevés de courant ou de tension. Enfin, l’amplificateur opérationnel (AOP) est un composant extrêmement polyvalent, utilisé pour réaliser des fonctions variées telles que l’amplification, le filtrage et la conversion.
Principes généraux de l’amplification
Gain et schémas de configuration
Un amplificateur peut être configuré selon plusieurs schémas : émetteur commun, base commune, collecteur commun pour les BJT ; drain commun, grille commune, source commune pour les MOSFET. Ces choix influencent le gain en tension et en courant, ainsi que l’impédance d’entrée et de sortie. Les techniques de contre-réaction (feedback) permettent d’ajuster le gain et d’améliorer la stabilité du circuit.
- Configuration fixe du gain : la rétroaction est déterminée par un réseau de résistances.
- Configuration ajustable : un potentiomètre ou un composant variable peut modifier le préamplificateur ou le gain global.
- Configurations spécifiques pour filtrage, oscillation ou égalisation.
Schéma | Caractéristique | Utilisation typique |
---|---|---|
Émetteur commun (BJT) | Gain élevé | Amplification de tension générale |
Source commune (MOSFET) | Gain modéré, forte impédance d’entrée | Circuits de commutation, audio |
Préamplificateur et amplificateur de puissance
Le préamplificateur agit en amont pour relever les signaux de faible amplitude (capteurs, microphones) à un niveau intermédiaire sans dégradation significative du rapport signal/bruit. L’amplificateur de puissance fournit l’énergie nécessaire pour piloter des charges plus exigeantes (haut-parleurs, moteurs). Dans certains cas, on isole les étages de préamplification de ceux de puissance pour réduire les interférences et optimiser l’efficacité globale.
Étape d’amplification | Niveau de sortie | Application |
---|---|---|
Préamplificateur | Signal de quelques volts maximum | Traitement des signaux sensibles |
Amplificateur de puissance | Tension ou courant élevés | Entraînement de haut-parleurs |
Amplificateur opérationnel et applications
L’amplificateur opérationnel (AOP) est un composant différentiel à très fort gain. On le modélise souvent par : \[ V_{\text{out}} = A \left( V^+ – V^- \right), \] où \(A\) est le gain interne très élevé. En pratique, on utilise une contre-réaction pour fixer le gain et la bande passante. Les AOP servent à réaliser des filtres, des comparateurs, des sommateurs ou encore des intégrateurs. Leur polyvalence et leur simplicité de mise en œuvre en font des éléments clés dans la majorité des systèmes d’amplification: gain, préamplificateur, amplificateur de puissance, amplificateur opérationnel.