Gains
Par constitution, l'AO est un amplificateur différentiel, c'est à dire que sa tension de sortie Vs est proportionnelle à la différence de potentiel d'entrée e+ et e-, potentiels que nous notterons V+ et V- par la suite. La subtilité viens du fait qu'il existe deux gains différents : le gain en mode commun Gmc et le gain en mode différentiel Gmc, du à la présence d'amplificateurs différentiels en interne. Le premier gain amplifie la moyenne des deux tensions d'entrée, le second est celui qui amplifie leur différence. Si vous avez bien suivi ce cours jusqu'ici, vous devriez être en mesure de dire lequel des deux gains doit être le plus faible ... Il s'agit évidemment du gain en mode commun. Je rappel que l'ampli-op est censé amplifier la différence V+ - V-. La gain en mode différentiel (donc celui qui nous intéresse) est quand à lui très grand, et ce qui est remarquable, c'est que pour n'importe quel AO actuel, ce gain dépasse les 100 000 en moyenne (voir plus). En réalité le gain différentiel d'un amplificateur opérationnel variant fortement en fonction de la fréquence, il est courant de le considérer comme infini afin de simplifier les calculs.
Revenons un moment sur le gain en mode différentiel, que nous appelerons le gain A, et négligerons le gain en mode commun (très faible par constitution interne). Ce gain A étant très élevé, disons 100 000, admettons que l'on mette une tension de 3V à l'entrée non-inverseuse (V+) et 1 V à l'entrée inverseuse (V-). Cela nous donne une différence de V+ - V- = 3-1 = 2V et une tension de sortie Vs = 100 000 * 2 = 200 000 V en sortie !! Vous pensez vraiment qu'un petit AOP qui tient dans le creux de votre main est capable fournir une telle tension en sortie ? Sachant qu'en plus, il est alimenté en +15V/-15V ! Cela est toujours vrai même si V+ - V- = -1 mV car dans ce cas Vs= -100 V ! Physiquement, on dit que l'ampli-op sature, i.e. que sa sortie va être bloquée (au sens "limitée") à une valeure maximale, dite de saturation, noté + ou - Vsat. . En pratique, +Vsat est proche de +Vcc et -Vsat de -Vcc, cela varie un peu selon le modèle d'AOP considéré. Ce type d'utilisation de l'AOP est dite en saturation, et a de nombreuses applications, mais nous y reviendrons plus tard.