Amplificateurs opérationnels (7): source de courant

Nous sommes tous familiers avec les sources de tension.  Une pile AA, par exemple, fournira une tension de 1,5 V peu importe le circuit auquel elle sera branchée.  Si vous branchez à la pile une résistance de 100 Ω, cette dernière sera soumise à une différence de potentiel de 1,5 V, et traversée par un courant de 15 mA.  Si vous branchez plutôt une résistance de 1000 Ω, la tension demeure 1,5 V mais l'intensité de courant ne sera plus que de 1,5 mA.

Aujourd'hui, nous allons voir comment utiliser un amplificateur opérationnel pour produire une source de courant:  peu importe la valeur de la résistance qui sera branchée à cette source, cette résistance sera parcouru par la même intensité de courant.

Matériel

• Un amplificateur opérationnel (j'ai encore utilisé un UA741, mais comme je le répète depuis le début de cette série d'articles, un autre modèle fera très probablement l'affaire:  utilisez ce que vous avez).
• Une source de tension continue pouvant fournir +12 V, +5 V et -12 V.  Comme d'habitude, j'ai utilisé une  alimentation ATX récupérée d'un vieil ordinateur.
• Un multimètre qui nous servira à mesurer l'intensité de courant fournie par notre source de courant.
• Une résistance de 1kΩ et un potentiomètre de 1kΩ.

À vos breadboards!

Voici le circuit:  rien d'exagérément compliqué ici.

Si vous tournez le bouton du potentiomètre, vous devriez constater que l'intensité de courant qui traverse le potentiomètre est de 5 mA, peu importe la résistance de ce dernier.  Il s'agit bel et bien d'une source de courant constante.

Quelques explications

 1) La tension à l'entrée non-inverseuse est nulle, puisque cette entrée est directement reliée à la masse.

2)  La tension à l'entrée inverseuse est également nulle.  Ça découle de l'équation
V_sortie = A ( V⁺ - V ^- ) .  Avec un gain "A" considéré comme infini, on trouve V⁺= V ^-.

3)  La résistance R1 est donc soumise à une différence de potentiel de 5 V (le potentiel est de 5V à sa gauche, et nul à sa droite).  Si on applique la loi d'Ohm, on en déduit qu'elle sera traversée par un courant de 5 mA (dans mon cas, la valeur exacte de la résistance R1 était de 965 Ω, j'ai donc mesuré un courant de 5,20 mA).

4)  Puisque l'impédance d'entrée de l'entrée inverseuse est vraiment très grande (idéalement infinie), tout le courant qui traverse la résistance R1 devra également traverser la résistance R2.   Le courant qui traverse R2 sera donc de 5 mA, peu importe ce que vaut R2!


Il y a quand même des contraintes à considérer lors de la conception de notre source de courant:

1)  Il y a un courant maximal que la sortie de l'amplificateur opérationnel ne peut pas dépasser (c'est environ 20 mA pour l'UA741).  Je ne pourrais pas, par exemple, mettre une résistance R1 de 100 Ω, car ça nécessiterait un courant de 50 mA, supérieur à la valeur maximale admissible.

2)  Il y a une tension maximale que la sortie de l'amplificateur opérationnel ne peut pas dépasser (idéalement 12 V, puisque c'est ce qui alimente l'amplificateur, mais significativement moins en pratique, à cause des pertes internes).  Par exemple, vous ne pourrez pas faire circuler un courant de 5 mA à travers une résistance R2 de 10 kΩ, car ça nécessiterait une tension de sortie de 50 V...

Article suivant:  Amplificateurs opérationnels (8):  oscillateur à pont de Wien 

Article précédent:  Amplificateurs opérationnels (6):  sommateur et le soustracteur

Yves Pelletier (Twitter:  @ElectroAmateur)