General

Calculateur de gain et de bande passante Op-Amp

Calculez le gain de tension de l'amplificateur opérationnel, le gain en dB, −3 dB de bande passante et l'impédance d'entrée pour les configurations d'amplificateurs inverseurs, non inverseurs et différentiels.

Loading calculator...

Formule

A_v^{non-inv} = 1 + \frac{R_f}{R_{in}}, \quad A_v^{inv} = -\frac{R_f}{R_{in}}, \quad f_{-3dB} = \frac{GBW}{|A_v|}

Référence: Horowitz & Hill, The Art of Electronics, 3rd ed.

Av— Gain de tension (V/V)

Rf— Résistance de rétroaction (R1) (kΩ)

Rin— Résistance d'entrée (R2) (kΩ)

GBW— Produit de gain de bande passante (Hz)

f₋₃dB— −3 dB de bande passante (Hz)

Zin— Impédance d'entrée (Ω)

Comment ça marche

Le calculateur de gain d'ampli opérationnel calcule le gain en boucle fermée pour les configurations inversées (G = -Rf/Rin) et non inverseuses (G = 1 + Rf/Rin), essentielles pour le conditionnement du signal, les amplificateurs d'instrumentation et la conception de filtres actifs. Les concepteurs de circuits analogiques, les ingénieurs d'interface de capteurs et les concepteurs audio l'utilisent pour définir des niveaux de gain précis tout en gérant les compromis entre bande passante et bruit. Selon Horowitz & Hill « Art of Electronics » (3e éd., Ch.4), le produit de gain de bande passante (GBW) est constant pour les amplificateurs opérationnels à retour de tension : GBW = gain × bande passante. Un TL072 avec GBW = 3 MHz à gain = 100 a une bande passante de 30 kHz seulement. Pour des gains supérieurs à 10, pensez aux amplificateurs à retour de courant (AD8009 : bande passante de 1 GHz indépendante du gain) ou aux amplificateurs d'instrumentation (AD620 : précision de gain de 0,1 %).

Exemple Résolu

Concevez un amplificateur non inverseur avec un gain = 10 (20 dB) en utilisant un OPA2134 (GBW = 8 MHz) pour une application de préampli audio. Calculez les valeurs des résistances : Rf/Rin = G - 1 = 9. Choisissez Rin = 10 kΩ (suffisamment élevé pour minimiser la charge, suffisamment bas pour un faible bruit). Alors Rf = 90 kΩ ; utilisez 91 kΩ de la série E96. Bande passante : BW = GBW/G = 8 MHz/10 = 800 kHz, suffisante pour un son de 20 Hz-20 kHz avec une marge de 40x. Vérifiez le bruit : bruit d'entrée de l'OPA2134 = 8 nV/√ Hz ; à gain = 10, bruit de sortie = 80 nV/√ Hz. Bande passante supérieure à 20 kHz : bruit = 80 nV × √ 20000 = 11,3 μV RMS — équivalent à -98,9 dBV, adapté à un son 16 bits (plage dynamique de 96 dB).

Conseils Pratiques

✓Pour des gains de 1 à 10 sur les fréquences audio, la série TL07x (0,30$) offre d'excellentes performances ; pour des gains supérieurs à 100, utilisez des amplificateurs d'instrumentation (INA128 : erreur de gain de 0,02 %)
✓Ajoutez un condensateur de 100 pF sur Rf pour obtenir des gains > 10 afin d'éviter les oscillations. Cela limite la bande passante à 1/ (2π RFCF) mais garantit la stabilité, conformément à la note d'application TI AN-31
✓Pour l'oscillation de sortie rail-rail, utilisez des amplificateurs opérationnels RRIO (OPA340, MCP6001) : les amplificateurs opérationnels standard se fixent de 1 à 2 V sur les rails d'alimentation sous charge

Erreurs Fréquentes

✗Ignorer les limites de GBW : le réglage du gain = 1000 avec GBW = 1 MHz ne donne qu'une bande passante de 1 kHz ; vérifiez GBW sur la fiche technique avant de sélectionner le gain
✗Utilisation de résistances de 1 % pour un gain de précision : l'erreur de rapport de résistance aggrave l'erreur de gain ; utilisez des résistances de 0,1 % pour une précision de gain de ± 0,1 % ou des réseaux de résistances adaptés
✗Négliger le courant de polarisation d'entrée : un courant de polarisation de 1 nA traversant une résistance de rétroaction de 1 MΩ crée un décalage de 1 mV ; utilisez des amplificateurs opérationnels à entrée FET (polarisation de 10 pA) pour les sources à haute impédance

Foire Aux Questions

Quelle est la différence entre les configurations d'amplificateur inverseur et non inverseur ?

Non inverseur : signal à l'entrée V+, gain = 1 + Rf/Rin, impédance d'entrée = impédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel (10 à 10¹² Ω). Inversion : signal entre V et Rin, gain = -Rf/Rin, impédance d'entrée = Rin. La méthode non inverseuse est préférable pour les sources à haute impédance ; l'inversion fournit une base virtuelle pour les applications de sommation.

Comment le feedback affecte-t-il le gain de l'amplificateur opérationnel ?

La rétroaction négative définit le gain en boucle fermée indépendamment du gain en boucle ouverte (généralement 10 à 10). La fraction de rétroaction β = Rin/ (Rf+Rin) détermine le gain : G = 1/β pour la non-inversion. Un gain de boucle Aβ > 1000 garantit une erreur de gain inférieure à 0,1 % par rapport à l'idéal. La rétroaction positive provoque des oscillations, à éviter.

Qu'est-ce qui limite la bande passante des amplificateurs opérationnels ?

Le produit GBW limite la bande passante des petits signaux : BW = GBW/gain. Le taux de balayage limite la bande passante des grands signaux : SR_min = 2π FVpeak. Pour 10Vpeak à 100 kHz : SR > 6,3 V/μS. Le TL072 (SR = 13 V/μs) gère cela ; le LM358 (SR = 0,5 V/μs) ne le fait pas : la sortie sera triangulaire au lieu d'être sinusoïdale.

Un amplificateur opérationnel peut-il amplifier les signaux en courant continu ?

Oui, la plupart des amplificateurs opérationnels sont couplés en courant continu avec une bande passante allant jusqu'à 0 Hz. Cependant, la tension de décalage d'entrée (1 à 10 mV typique) et la dérive de décalage (1 à 20 μV/°C) provoquent des erreurs de courant continu. Pour un courant continu de précision : utilisez des amplificateurs opérationnels stabilisés par hacheur (LTC2050 : décalage de 3 μV, dérive de 30 nV/°C) ou des types à zéro automatique (OPA2188).

Comment choisir l'amplificateur opérationnel adapté à mon design ?

Adaptez les spécifications aux exigences : GBW > gain × bande passante ; vitesse de balayage > 2π FVpeak ; bruit d'entrée < Signal/SNR cible ; tension d'alimentation compatible avec le système. Pour alimentation par batterie : faible courant de repos (MCP6001 : 100 μA). Pour le haut débit : retour de courant (AD8009 : 1 GHz). Pour plus de précision : faible offset (OPA2188 : 25 μV).

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

Resistor Kit (1%, E24)

Precision 1% thin-film SMD resistor assortment, 0402 package

Amazon →

Ceramic Capacitor Kit

MLCC ceramic capacitor assortment in 0402 package

Amazon →

Solderless Breadboard

Full-size breadboard for circuit prototyping

Amazon →

Calculateurs associés

Signal

Designer de filtres

Concevez des filtres passe-bas, passe-haut et passe-bande passifs RC et LC Butterworth. Calcule les valeurs des composants (C, L), la constante de temps et l'atténuation pour les ordres de filtre 1 à 4.

General

Constante de temps RC

Calculez la constante de temps du circuit RC τ, le temps de charge à 63,2 % et 99 %, et la fréquence de coupure de -3 dB. Essentiel pour la conception des filtres et des circuits de chronométrage.

General

Ohm

Calculez la tension, le courant, la résistance et la puissance en ohms

General

Série/Parallèle R·C·L

Calculez la combinaison équivalente en série et en parallèle d'un maximum de quatre résistances, condensateurs ou inducteurs. Calcule également le ratio des diviseurs de tension pour les réseaux à deux résistances.