Contre-réaction négative et condition de court-circuit virtuel

L’équation en boucle ouverte

Un amplificateur opérationnel à contre-réaction en tension peut être approximé en continu par $V_o=A(V_+-V_-)$ tant que sa sortie reste dans la plage permise. Un grand gain en boucle ouverte signifie qu’une petite entrée différentielle peut commander une grande sortie. Il ne signifie pas que les entrées sont automatiquement égales. Les dispositifs réels ont aussi un courant de polarisation d’entrée et des restrictions de mode commun.

La contre-réaction négative renvoie un changement de sortie à l’entrée inverseuse pour réduire l’erreur différentielle. Pour une boucle stable et linéaire avec un gain suffisant et une marge de sortie adéquate, V− devient proche de V+. C’est l’approximation du « court-circuit virtuel ». Aucun fil ne court-circuite les deux entrées et la condition échoue lorsque la sortie sature, que les entrées dépassent leur plage de mode commun ou que la boucle est instable.

Exemple à gain fini

Dans un suiveur de tension, connectez directement la sortie à V− et appliquez Vin à V+. Alors $V_o=A(V_{in}-V_o)$, donc le gain vaut A/(1+A). Avec A = 100000 et Vin = 1 V, la sortie vaut 0.999990 V et l’entrée différentielle environ 10 μV. Le résultat est proche de 1 V parce que la boucle peut corriger l’erreur, et non parce que l’équation d’entrée en boucle ouverte a disparu.

Si la plage de sortie permise est supposée 0.2–3.1 V sous une alimentation de 3.3 V, demander une sortie de suiveur de 3.2 V viole l’hypothèse. La prévision de faible erreur est invalide. Ces limites sont pédagogiques ; un composant réel sélectionné exige les conditions de sa fiche technique, la charge de sortie et la température.

Vérifier le sens de la contre-réaction

Imaginez une légère augmentation de sortie. Dans le suiveur, V− augmente, la différence d’entrée diminue et la sortie commandée redescend. C’est une contre-réaction négative. Connecter la sortie à V+ peut au contraire renforcer l’augmentation et conduire à un état de type comparateur ; la règle du court-circuit virtuel ne peut pas réparer cette topologie.

Avant de calculer un gain résistif, dessinez le chemin de contre-réaction et identifiez les limites d’entrée et de sortie. Consultez la discussion TI sur le gain et la bande passante pour distinguer les architectures d’amplificateur et les exigences de compensation.