Qu'est-ce que l'impédance d'entrée et de sortie d'un ampli op?

Je n'ai jamais compris les impédances d'entrée et de sortie d'un ampli-op. Si quelqu'un peut expliquer ce que ces deux termes signifient dans un ampli opérationnel, je l'apprécierais beaucoup. Merci!

http://www.eecs.tufts.edu/~dsculley/tutorial/opamps/opamps5.html

La réponse courte: l'impédance d'entrée est "élevée" (idéalement infinie). L'impédance de sortie est "faible" (idéalement nulle). Mais qu'est-ce que cela signifie et pourquoi est-ce utile?

L'impédance est la relation entre la tension et le courant. C'est une combinaison de résistance (indépendante de la fréquence, résistances) et de réactance (dépendante de la fréquence, inductances et condensateurs). Pour simplifier la discussion, supposons simplement que toutes nos impédances sont purement résistives, donc impédance = résistance.

Vous savez déjà que la résistance relie la tension et le courant par la loi d'Ohm:

ou peut-être

Autrement dit, un ohm signifie que pour chaque volt, vous obtenez un ampère. Nous savons que si nous avons une résistance de et que nous avons un courant de , alors la tension doit être de .$100\Omega$$1A$$100V$

Le concept d'impédance "d'entrée" et "de sortie" est presque la même chose, sauf que nous ne nous préoccupons que de la variation relative de la tension et du courant. C'est:

Si nous parlons de l'impédance d'entrée d'un ampli-op, nous parlons de la quantité de courant qui s'écoulera lorsque la tension augmentera (ou de la quantité de courant qui s'écoulera lorsque la tension diminuera). Donc , dire l'entrée d'un ampli-op était , et vous mesurer le courant nécessaire à partir de la source de signal pour développer cette tension pour être . Ensuite , vous avez changé la source telle que est apparu à l'ampli-op, et le courant était maintenant . Vous pouvez ensuite calculer l'impédance d'entrée de l'ampli-op comme suit:$1V$$1\mu A$$3V$$2\mu A$

Typiquement, une impédance d'entrée très élevée des amplificateurs opérationnels est souhaitable car cela signifie que très peu de courant est requis de la source pour créer une tension. Autrement dit, un ampli-op ne ressemble pas beaucoup à un circuit ouvert, où il ne faut pas de courant pour créer une tension, car l'impédance d'un circuit ouvert est infinie.

L'impédance de sortie est la même chose, mais maintenant nous parlons de la façon dont la tension apparente de la source change car elle est nécessaire pour fournir plus de courant. Vous avez probablement remarqué qu'une batterie sous charge a une tension inférieure à la même batterie non sous charge. C'est l'impédance de la source en action.

Supposons que vous réglez votre ampli opérationnel sur une sortie de 5 V et que vous mesurez la tension avec un circuit ouvert ¹ . Le courant sera de (car le circuit est ouvert) et la tension que vous mesurez sera de 5V. Maintenant, vous connectez une résistance à la sortie, de sorte que le courant à la sortie de l'ampli-op soit de . Vous mesurez la tension aux bornes de cette résistance et de trouver qu'il soit . Vous pouvez ensuite calculer l'impédance de sortie de l'ampli-op comme suit:$0A$$50mA$$4.99V$

Vous remarquerez que j'ai changé le signe du résultat. Il sera logique pourquoi, plus tard. Cette faible impédance de source signifie que l'ampli-op peut fournir (ou absorber) beaucoup de courant sans que la tension ne change beaucoup.

Il y a ici quelques observations à faire. L'impédance d'entrée de l'ampli-op ressemble à l'impédance de charge de tout ce qui prouve le signal à l'ampli-op. L'impédance de sortie de l'ampli-op ressemble à l'impédance de la source pour tout ce qui reçoit le signal de l'ampli-op.

Une source entraînant une charge avec une impédance de charge relativement faible est dite fortement chargée , et un signal de tension nécessitera un courant élevé. Dans la mesure où l'impédance de la source est faible, la source pourra fournir ce courant sans affaissement de la tension.

Si vous souhaitez minimiser l'affaissement de la tension, l'impédance de la source doit être bien inférieure à l'impédance de charge. C'est ce qu'on appelle le pontage d'impédance . C'est une chose courante à faire, car nous représentons généralement les signaux sous forme de tensions, et nous voulons transférer ces tensions inchangées d'une étape à l'autre. Une impédance de charge élevée signifie également qu'il n'y aura pas beaucoup de courant, ce qui signifie également moins de puissance.

L'amplificateur opérationnel idéal a une impédance d'entrée infinie et une impédance de sortie nulle, car il est facile de réduire l'impédance d'entrée (mettre une résistance en parallèle) ou l'impédance de la source plus élevée (mettre une résistance en série). Ce n'est pas si facile d'aller dans l'autre sens; vous avez besoin de quelque chose qui peut s'amplifier. Un amplificateur opérationnel en tant que suiveur de tension est un moyen de transformer une impédance de source élevée en une impédance de source faible.

Enfin, le théorème de Thévenin dit que nous pouvons transformer à peu près n'importe quel réseau électrique linéaire en une source de tension et une résistance:

En fait, "l'impédance de source" peut être définie ici comme la résistance équivalente de Thévenin, . Cela fonctionne également pour les charges. Mais à moins que vous ne connaissiez déjà le théorème de Thévenin, ce n'est pas une chose utile à dire. Cependant, en comprenant les impédances de source et de charge, le théorème de Thévenin signifie que vous pouvez calculer une impédance pour les réseaux linéaires, quelle que soit la complexité.$R_{th}$

^{1: ce n'est pas vraiment possible, car vous devez connecter les deux fils de votre voltmètre au circuit, le complétant ainsi! Mais, votre voltmètre a une très haute impédance, il est donc suffisamment proche d'un circuit ouvert pour que nous puissions le considérer comme tel.}

Tout d'abord, il est important de faire la distinction entre l'impédance d'entrée et de sortie de l'amplificateur opérationnel proprement dit et l'impédance d'entrée et de sortie d'un circuit d' amplificateur opérationnel .

Un ampli-op idéal a une impédance d'entrée infinie. Cela signifie qu'il ne peut pas y avoir de courant dans ou hors des bornes d'entrée inverseuses et non inverseuses

Un ampli-op idéal a une impédance de sortie nulle. Cela signifie que la tension de sortie est indépendante du courant de sortie.

Les amplis opérationnels réels ne se rapprochent que de cet idéal et ont une très grande impédance d'entrée et une très faible impédance de sortie.

Lorsque l'ampli-op fait partie d'un circuit comme un amplificateur, un filtre, etc., l'impédance d'entrée du circuit sera, en général, différente de l'impédance d'entrée de l'ampli-op proprement dit.

Dans le circuit de la liaison, l'entrée est connectée directement à l'entrée non inverseuse de sorte que l'impédance d'entrée est (effectivement) infinie.

De plus, la sortie est connectée directement à la sortie de l'ampli opérationnel de sorte que l'impédance de sortie est (approximativement) nulle.