Amplificateurs opérationnels (2): Le suiveur de tension

Nous avons vu dans le premier article de cette série qu'en mode comparateur, seuls deux états sont possibles à la sortie de l'amplificateur opérationnel: une tension positive ou une tension négative.

Toutefois, l'amplificateur opérationnel est bel et bien un composant analogique:  sa tension de sortie peut varier de façon continue de façon à prendre une infinité de valeurs différentes possibles.  Mais pour ce faire, il faut une contre-réaction:  une des entrées doit être reliée à la sortie.

La contre-réaction la plus simple, c'est un fil conducteur reliant la sortie à l'entrée inverseuse:  ce montage s'appelle "suiveur de tension".

Faisons une petite analyse de ce circuit.  Deux points reliés par un conducteur se trouvent au même potentiel électrique. Donc, pour ce circuit,  V_sortie =  V ^-.

D'autre part, nous avons présenté cette équation dans le billet précédent:

                     V_sortie = A ( V⁺ - V ^- )

... on peut aussi l'écrire de cette façon:     V ⁺ - V ^- = V_sortie / A

... et puisque A est à toute fin pratique infini, il en découle que V ⁺ = V ^-  (les deux tensions d'entrée sont égales entre elles).

Puisque V_sortie =  V ^- et V ⁺ = V ^- ,  il en découle que V_sortie =  V ⁺ : la tension de sortie sera identique à la tension appliquée sur l'entrée non-inverseuse.


Ici, j'en entend qui s'exclament:  à quoi peut bien servir un amplificateur dont la tension de sortie est identique à la tension d'entrée!?!?  Ce truc ne sert à rien!?!

Voici un exemple où ça peut être très utile:

Supposons qu'à l'intérieur d'un circuit alimenté par une source de 5 V, vous avez besoin d'une tension de 2,5 V; une solution simple consiste à utiliser un diviseur de tension constitué de deux résistances identiques montées en série (supposons deux résistances de 10 K).

Tout va bien:  vous mesurez maintenant 2,5 V à l'endroit où les deux résistances sont branchées ensemble.

Mais qu'arrive-t-il si vous alimentez une résistance de 1K à partir de ce diviseur de tension?

Ça ne va plus du tout!  La présence de la résistance de charge est venue perturber les caractéristiques de votre diviseur de tension, et on lit maintenant une tension de 0,4 V là où on espérait obtenir 2,5 V!

Voici un remède efficace:  vous insérez un suiveur de tension entre le diviseur de tension et sa résistance charge.

Cette fois, la tension de 2,5 V est intégralement transmise à la résistance de charge.

Pourquoi ça fonctionne?  À cause de l'énorme impédance d'entrée  de l'amplificateur opérationnel, tout le courant qui traverse la résistance R1 doit aussi traverser R2:  le diviseur de tension est donc complètement isolé de la résistance de charge.

Yves Pelletier (Twitter:  @ElectroAmateur)