J'ai le vertige : pourquoi tant d'amplificateurs opérationnels ?

Choisir l'amplificateur opérationnel adapté ou « idéal » pour un projet peut se révéler ardu et insurmontable. Même en limitant votre recherche à un seul fournisseur, il peut y avoir des dizaines de dispositifs assez similaires à prendre en compte, sans compter les nouvelles solutions à peine sorties. Les guides de sélection des fournisseurs peuvent vous aider avec des catégories générales (telles que la haute vitesse, la précision, la haute tension), mais même ces distinctions peuvent se recouper ou présenter des ambiguïtés.

Mais pourquoi tant d'amplificateurs opérationnels ? Les cyniques pourront dire « C'est parce qu'ils le peuvent », mais la raison est finalement tout autre. Chaque variation/sous-variation d'amplificateur opérationnel peut s'avérer coûteuse et nécessiter des changements d'un ou plusieurs facteurs de conception, de fabrication, de test, de qualification, de planification de la production, de traitement des commandes, de conditionnement et plus encore.

En revanche, les universitaires diront que la réponse à la question est évidente : « C'est parce qu'il n'existe pas d'amplificateur opérationnel idéal ». Bien que ce soit techniquement correct, ce n'est pas la raison non plus. En réalité, vous ne voudrez peut-être pas d'un amplificateur opérationnel idéal, avec une bande passante infinie, aucun bruit et aucune autre « imperfection », car ce serait excessif. Pour une utilisation dans votre application, par exemple, vous aurez peut-être besoin d'ajouter un filtre externe pour limiter l'impact du bruit externe sur l'amplificateur opérationnel, plutôt que de compter sur la bande passante limitée du dispositif en lui-même.

La raison pour laquelle il existe tellement d'amplificateurs opérationnels est en fait une conséquence de deux facteurs. Le premier est la grande diversité des applications. Le second est l'éternelle question des compromis qui se pose dans le domaine de l'ingénierie. Dans le cas des amplificateurs opérationnels, comme avec beaucoup d'autres composants, ces compromis ne sont pas de simples questions auxquelles répondre par oui ou non, mais présentent des subtilités et des nuances en termes de degré et de priorité.

Certaines applications toléreront moins de valeurs désirables pour certains paramètres afin d'obtenir des performances nettement supérieures pour celles qui comptent vraiment pour la situation en question. Par exemple, un circuit d'instrumentation de précision peut avoir réellement besoin d'une faible dérive de décalage sur une vaste plage de températures et accepter une dissipation supplémentaire pour atteindre cet objectif. Il reste toujours la même question : « Combien êtes-vous prêt à sacrifier ailleurs pour atteindre votre objectif principal » ? Si vous parvenez à obtenir une amélioration de 10 % des performances de dérive de décalage, mais au prix d'une augmentation de 50 % de certaines spécifications secondaires, cela en vaut-il la peine ?

Bien évidemment, il y a ensuite le facteur de coût : presque toutes les applications sont sensibles aux coûts, le problème est de savoir dans quelle mesure le coût est un facteur critique. Si le fait de dépenser quelques centimes de plus permet d'obtenir un dispositif avec une réduction de 10 % du bruit, cela en vaut-il la peine ? Il est clair que la réponse ne se trouve pas dans un manuel universitaire.

Examinons deux amplificateurs opérationnels à « décalage nul » : le MCP6V51 de Microchip Technology et l'OPA735 de Texas Instruments. En plus d'autres différences, le dispositif de Microchip présente un décalage maximum initial de ±15 µV et une dérive de décalage maximum de ±36 nV/°C (Figure 1). Le composant de Texas Instruments présente un tiers du décalage maximum initial à ±5 µV, mais avec une dérive de décalage maximum d'environ 50 % supérieure à ±50 nV/°C (Figure 2). Alors, quelle est la meilleure solution ?

Figure 1 : La tension de décalage d'entrée par rapport à la température ambiante est une spécification critique dans les applications d'amplificateur opérationnel de précision. Elle est illustrée ici pour le MCP6V51 de Microchip Technology. (Source de l'image : Microchip Technology)

Figure 2 : La dérive de la tension de décalage est présentée d'une façon différente pour l'OPA735, mais est clairement de quelques nV/°C seulement. (Source de l'image : Texas Instruments)

La réponse est étonnamment simple, comme c'est le cas dans bon nombre de situations d'ingénierie : « Cela dépend ». Dans ce cas, cela dépend du degré de criticité de cette valeur de décalage initiale par rapport à sa valeur de dérive, mais il est possible que cela ne s'applique qu'à une application en particulier.

La décision sur ce qui peut être sacrifié et dans quelle mesure le faire afin d'obtenir l'objectif souhaité est une combinaison minutieuse de plusieurs facteurs et de jugement, et c'est finalement ce qui est au cœur du défi de l'ingénierie. La décision est toujours difficile à prendre, car l'ensemble des personnes impliquées dans l'examen peut avoir des points de vue légitimement différents.

Il existe un nombre incalculable d'ensembles de priorités différentes en fonction de l'application, de pondérations relatives, ainsi que de décisions qui peuvent être prises, impliquant de sacrifier un élément pour atteindre un objectif. La bonne nouvelle est que cette étendue de choix possibles permet également de trouver plus facilement une solution très bien adaptée (dans la plupart des cas). Pourtant, la multitude de choix peut sembler insurmontable, ce qui peut entraîner deux choses : il est possible que les concepteurs choisissent le premier dispositif qui se rapprochera le plus de l'objectif, ou qu'ils choisissent le fournisseur avec le dispositif utilisé précédemment et avec lequel ils se sentent le plus à l'aise.

Ironiquement, malgré la diversité des amplificateurs opérationnels disponibles et le flux constant de nouveaux dispositifs, de nombreux concepteurs, à tort ou à raison, finissent par choisir celui qu'ils connaissent le mieux.

À propos de l'auteur

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Bill Schweber est ingénieur en électronique. Il a écrit trois manuels sur les systèmes de communications électroniques, ainsi que des centaines d'articles techniques, de chroniques et de présentations de produits. Il a auparavant travaillé en tant que responsable technique de site Web pour plusieurs sites spécifiques pour EE Times et en tant que directeur de publication et rédacteur en chef des solutions analogiques chez EDN.

Chez Analog Devices, Inc. (l'un des principaux fournisseurs de circuits intégrés analogiques et à signaux mixtes), Bill a œuvré dans le domaine des communications marketing (relations publiques). Par conséquent, il a occupé les deux côtés de la fonction RP technique : présentations des produits, des récits et des messages de la société aux médias, et destinataire de ces mêmes informations.

Avant d'occuper ce poste dans les communications marketing chez Analog, Bill a été rédacteur en chef adjoint de leur revue technique respectée et a également travaillé dans leurs groupes de marketing produit et d'ingénierie des applications. Avant d'occuper ces fonctions, Bill a travaillé chez Instron Corp., où il était chargé de la conception de circuits analogiques et de puissance, et de l'intégration de systèmes pour les commandes de machines de test de matériaux.

Il est titulaire d'un master en génie électrique (Université du Massachusetts) et d'un baccalauréat en génie électrique (Université Columbia). Il est ingénieur professionnel agréé, titulaire d'une licence de radioamateur de classe avancée. Bill a également organisé, rédigé et présenté des cours en ligne sur divers sujets d'ingénierie, notamment des notions de base sur les MOSFET, la sélection d'un CAN et la commande de LED.

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