Un seul composant, huit pattes et un boîtier noir de quelques millimètres, sait additionner deux tensions, en soustraire une troisième, dériver une tension variable, comparer deux valeurs et faire osciller un circuit. Ce composant, c’est l’ALI, l’amplificateur linéaire intégré, que tes professeurs appellent aussi AOP (amplificateur opérationnel).
Ce qui change tout avec lui, c’est que sa fonction dépend à peine du composant, et presque entièrement des résistances câblées autour. Une résistance déplacée sur le schéma, et le même boîtier passe d’amplificateur à soustracteur. D’où la liste des amplificateurs et des opérateurs à connaître, par laquelle tout devient clair.
Qu’est-ce qu’un ALI en électronique ? ⚛️
Un ALI, ou amplificateur linéaire intégré, est un circuit intégré qui amplifie la tension différentielle présente entre ses deux entrées. C’est un amplificateur différentiel : il ne regarde pas la valeur absolue des tensions appliquées, seulement l’écart entre elles, qu’il multiplie par une amplification considérable. Cette entrée différentielle est la propriété commune à tous les amplificateurs intégrés, quels que soient les composants câblés autour.
Sur un schéma, son symbole est un triangle pointé vers la droite. À gauche arrivent les deux entrées AOP : l’entrée non inverseuse V+ et l’entrée inverseuse V− ; la pointe porte la sortie. Deux bornes supplémentaires apportent la tension d’alimentation Vcc, presque toujours symétrique (par exemple ±15 V), et ces bornes fixent une limite que la sortie ne franchit jamais. Repérer ces cinq broches sur le schéma d’un TP est le premier réflexe à acquérir, avant tout calcul.
Le composant travaille dans deux régimes. En mode linéaire, la sortie reproduit une image amplifiée de la tension différentielle d’entrée. En régime saturé, elle se colle à l’une des deux valeurs extrêmes. Ce qui décide du régime n’est pas le composant, mais les résistances et les composants câblés autour, et le sens de la réaction qu’ils organisent.
En classe préparatoire, tu liras plutôt ALI (amplificateur linéaire intégré). Dans les ressources d’IUT et sur les fiches techniques, tu liras AOP (amplificateur opérationnel).
Même composant, même symbole, mêmes montages : ne cherche pas de différence, il n’y en a pas.
Quels sont les différents montages à ALI ? 🔬
Les montages à ALI se répartissent en quatre familles : les amplificateurs (inverseur, non inverseur, suiveur), les opérateurs (sommateur et soustracteur), le traitement du signal (intégrateur et dérivateur) et le comparateur. Les trois premières familles fonctionnent en boucle fermée grâce à une réaction négative ; la dernière travaille en boucle ouverte.
La ressource d’IUTenligne, publiée par le réseau national des IUT et mise à jour en 2016, retient cette typologie de base pour les amplificateurs opérationnels : inverseur, non inverseur, suiveur, additionneur et soustracteur, tous étudiés dans le cadre du modèle idéal, où seules comptent les résistances câblées autour du composant.
🔍 Les montages amplificateurs : inverseur, non inverseur et suiveur
Ces trois amplificateurs partagent la même logique : une fraction de la tension de sortie revient sur l’entrée inverseuse, et cette réaction négative stabilise l’amplification tout en imposant le régime linéaire. Le rapport de deux résistances décide alors de tout.
- L’inverseur : la tension d’entrée attaque l’entrée inverseuse via une résistance R₁, la sortie rejoignant cette même entrée par une seconde résistance R₂. Le gain vaut
Vs = −(R₂/R₁) × Ve, le signe moins traduisant une sortie en opposition de phase, - Le non inverseur : le signal attaque l’entrée non inverseuse et la relation devient
Vs = (1 + R₂/R₁) × Ve. Son amplification reste toujours supérieure ou égale à 1, et la sortie garde le signe de l’entrée, - Le suiveur : la sortie est reliée directement à l’entrée inverseuse, d’où
Vs = Ve. Un gain de 1 paraît inutile, et pourtant l’utilisation du suiveur AOP est constante en laboratoire : forte impédance d’entrée et faible impédance de sortie lui permettent d’isoler deux étages sans que le second perturbe le premier.
➕ Les montages opérateurs : sommateur et soustracteur
Le sommateur et le soustracteur réalisent des calculs sur des tensions, ce qui explique le nom historique d’amplificateur « opérationnel » : ces amplificateurs opérationnels équipaient les calculateurs analogiques, où chaque opération était une tension.
Le sommateur permet d’amplifier et d’additionner plusieurs entrées injectées chacune par sa propre résistance sur l’entrée inverseuse ; des résistances différentes pondèrent chaque terme de la somme, comme pour mélanger des voies audio. Le soustracteur, ou amplificateur différentiel, amplifie la tension différentielle entre ses deux entrées et rejette ce qu’elles ont en commun, ce qui permet d’extraire un signal faible noyé dans un bruit présent sur les deux fils. Chaque montage opérateur appartient à la typologie établie par IUTenligne.
📐 Les montages intégrateur et dérivateur
Remplace une résistance par un condensateur, et le calcul cesse de porter sur les valeurs instantanées pour porter sur le temps.
L’intégrateur place le condensateur dans la boucle de retour : la tension de sortie devient proportionnelle à l’intégrale du signal d’entrée au cours du temps, et un créneau y produit une rampe. Le dérivateur inverse la disposition, condensateur à l’entrée et résistance dans la réaction : la sortie suit alors la vitesse de variation de la tension d’entrée, une rampe donnant un palier. Il vient aussi amplifier fortement les parasites haute fréquence, ce qui le rend plus délicat à mettre en œuvre.
⚡ Le comparateur, seul montage en boucle ouverte
Le comparateur est le seul de la liste à se passer de réaction négative : la sortie n’est plus renvoyée vers l’entrée inverseuse. Privé de cette réaction négative, l’ALI quitte le mode linéaire et bascule en régime saturé, où sa tension de sortie ne prend plus que deux valeurs. C’est le pont entre le monde analogique et le monde binaire.
L’amplificateur opérationnel possède deux entrées : V+ et V−. La sortie du comparateur affiche une tension égale à +15 V si V+ > V−, et -15 V sinon.
Mathilde Glénat et Delphine Chareyron, CultureSciences-Physique, ENS de Lyon, 2012
Le montage décrit par CultureSciences-Physique, publication en ligne de l’ENS de Lyon, en donne les caractéristiques : alimentation Vcc de ±15 V, tension de référence Vref de 5 V appliquée par un pont diviseur, résistances de 10 kΩ et 1 kΩ. Chaque fois que la tension d’entrée franchit les 5 V, la sortie bascule d’un extrême à l’autre. C’est ainsi qu’une grandeur analogique devient une information binaire.
Regarde où va le fil de retour.
S’il revient sur l’entrée inverseuse (V−), la réaction est négative : montage en mode linéaire, sortie proportionnelle à l’entrée.
S’il n’y a aucun fil de retour, ou s’il revient sur V+, la sortie sature et ne prend plus que deux valeurs.
Qu’est-ce qu’un ALI idéal, et en quoi diffère-t-il d’un ALI réel ? 📊
Un AOP idéal est un modèle de calcul, pas un composant réel : on lui prête une amplification différentielle infinie, une impédance d’entrée infinie, une impédance de sortie nulle, une réponse instantanée et une bande passante illimitée. Aucun des amplificateurs du commerce ne vérifie ces hypothèses.
Le tableau ci-dessous confronte ce modèle à deux AOP réels très répandus en travaux pratiques, dont Texas Instruments publie les caractéristiques complètes, du slew rate à la tension de décalage : le TL081 (fiche technique révisée en 2025) et le LM741 (révisée en 2015).
| Caractéristique | ALI idéal | TL081 (réel) | LM741 (réel) |
|---|---|---|---|
| Gain différentiel en boucle ouverte | Infini | Grand mais fini | Grand mais fini |
| Impédance d’entrée | Infinie | Très élevée (entrées à effet de champ) | Élevée |
| Impédance de sortie | Nulle | Faible, non nulle | Faible, non nulle |
| Produit gain-bande passante | Infini | 3 MHz | 1 MHz |
| Vitesse de balayage (slew rate) | Infinie | 13 V/µs | 0,5 V/µs |
| Tension de décalage d’entrée, ou offset | Nulle | ≤ 6 mV à 25 °C | ≤ 3 mV à 25 °C |
| Taux de réjection en mode commun (CMRR) | Infini | 86 dB | 90 dB |
| Tension d’alimentation totale | Sans limite | 7 V à 30 V | 10 V à 44 V |
Caractéristiques typiques relevées sur les fiches techniques Texas Instruments du TL081 (2025) et du LM741 (2015).
💡 Les hypothèses du modèle idéal
Ces hypothèses servent une seule chose : rendre les calculs faisables à la main, sans ouvrir les caractéristiques du composant. Une amplification infinie associée à une réaction négative annule la tension différentielle entre les entrées, d’où l’égalité V+ = V−. Une impédance d’entrée infinie impose des courants d’entrée nuls, donc tout le courant traversant la résistance R₁ traverse aussi la résistance R₂.
Ces deux conséquences suffisent à mener les calculs de n’importe quel montage à réaction négative et à retrouver sa relation entrée-sortie, sans ouvrir une fiche technique. C’est dans ce cadre idéalisé que les ressources d’enseignement supérieur établissent les formules d’amplification des montages de base, à partir du seul rapport des résistances lu sur le schéma.
Entre le LM741 et le TL081, la vitesse de balayage est multipliée par
0,5 V/µs contre 13 V/µs : tous les ALI réels ne se valent pas (Texas Instruments, fiches techniques LM741 2015 et TL081 2025)
🧐 Ce que change un composant réel
Quatre caractéristiques réelles apparaissent dès que tu câbles un vrai AOP, et elles expliquent l’essentiel des écarts entre les calculs et l’oscilloscope.
- La saturation en tension : la sortie ne dépasse pas la tension d’alimentation. Un amplificateur de gain 100 attaqué par 1 V ne sortira jamais 100 V sous une alimentation de 15 V, il saturera,
- La vitesse de balayage, ou slew rate : la sortie ne varie pas plus vite qu’une pente maximale. Sur un LM741 dont le slew rate est limité à 0,5 V/µs, un créneau rapide ressort avec des flancs en rampe, et ce paramètre devient vite la limite dominante,
- Le produit gain-bande passante : plus tu demandes de gain, moins il reste de bande passante. À 3 MHz, un gain de 100 s’effondre déjà vers 30 kHz,
- La tension de décalage, ou offset : quelques millivolts subsistent en sortie alors que la tension différentielle est nulle, et ce décalage compte dès que la grandeur utile est faible ; les AOP précis le spécifient en microvolts.
Le taux de réjection en mode commun mesure la capacité des amplificateurs à ignorer ce que leurs deux entrées voient en commun : à 86 dB pour le TL081 et 90 dB pour le LM741, la part vue en mode commun est atténuée des dizaines de milliers de fois avant la sortie. Ce sont ces limitations qu’un exercice sur le comportement de l’ALI aux hautes fréquences demande d’identifier.
Comment utilise-t-on un ALI en pratique ? 🎓
L’ALI, que les fiches techniques appellent AOP, s’étudie dans l’enseignement supérieur français et se manipule en travaux pratiques dès la première année. C’est un composant de laboratoire autant qu’un objet de cours : tu le rencontres d’abord sur une plaque d’essai, entouré de résistances et d’un générateur de signal.
📖 Où étudie-t-on l’ALI ?
L’ALI figure au programme officiel de la classe préparatoire PCSI, fixé par l’arrêté du 5 janvier 2021 publié sur Légifrance. Les programmes de physique en constituent les annexes, parues au Bulletin officiel du 11 février 2021, et leurs dispositions s’appliquent depuis la rentrée 2021-2022 pour les classes de première année.
Le composant est aussi au cœur des ressources d’enseignement supérieur bac+1 et bac+2 publiées par IUTenligne, le réseau national des IUT : le module sur les amplificateurs opérationnels de base y est conçu pour trois heures, exercices compris, et référencé au catalogue national des ressources pédagogiques du ministère de l’Enseignement supérieur.
💰 Combien coûte un ALI ?
Un AOP LM741 ou TL081 est un composant d’entrée de gamme, produit en très grande série depuis des décennies et vendu à l’unité pour une somme dérisoire au regard du reste d’une paillasse. D’où son omniprésence en travaux pratiques : un laboratoire équipe trente postes sans y réfléchir, et un composant grillé par une inversion de l’alimentation se remplace sans conséquence.
Le vrai coût est ailleurs : dans le temps qu’il faut pour comprendre quel montage répond au besoin, et pourquoi la sortie ne ressemble pas au calcul. Partout en France, il est possible de trouver un accompagnement adapté pour reprendre ces montages point par point ; un professeur de soutien scolaire à Grenoble peut ainsi reprendre avec toi le schéma d’un TP jusqu’à ce que la relation entrée-sortie devienne évidente.
Les oscillateurs à ALI 🔁
Un oscillateur produit un signal périodique sans qu’aucun signal ne lui soit appliqué en entrée. Le principe tient en un renversement : au lieu de renvoyer la sortie sur l’entrée inverseuse comme dans les amplificateurs, on organise une réaction positive, qui entretient l’oscillation au lieu de la stabiliser. Réaction négative et réaction positive séparent ainsi les deux moitiés du cours.
Un oscillateur se décompose toujours en deux parties : un amplificateur, aujourd’hui intégré dans une puce électronique, et un réseau de réaction positive placé entre la sortie et l’entrée, qui associe résistances, condensateurs, bobines ou quartz. Ce réseau fixe la fréquence d’oscillation, celle pour laquelle le produit de son atténuation par l’amplification vaut exactement 1.
🌊 Les oscillateurs quasi sinusoïdaux
Un oscillateur quasi sinusoïdal est un oscillateur auto-entretenu dont la sortie s’approche d’une sinusoïde, parce que son filtre de réaction sélectionne une fréquence unique avec finesse. Cinq montages classiques portent le nom de leur inventeur.
- L’oscillateur à pont de Wien, le plus courant avec un amplificateur opérationnel, produit un signal sinusoïdal à très faible distorsion ; le pont de Wien lui-même servait à l’origine à mesurer la capacité et la résistance d’un composant par comparaison, quatre résistances et deux condensateurs suffisant à le câbler,
- L’oscillateur Colpitts, inventé par Edwin H. Colpitts, fixe sa fréquence avec deux condensateurs et une inductance, d’où sa simplicité et sa robustesse,
- L’oscillateur Clapp, décrit par James K. Clapp en 1948, est une variante du Colpitts adaptée aux fréquences élevées, jusqu’à plusieurs GHz, et au pilotage de quartz en mode overtone entre 30 et 150 MHz,
- L’oscillateur Pierce, dû à George Washington Pierce, réalise les oscillateurs à quartz en fréquence fondamentale, sans self, et reste la base des circuits d’horloge,
- L’oscillateur Hartley, inventé par Ralph Hartley, est le dual du Colpitts : deux inductances et un condensateur, ce qui le rend plus coûteux et moins employé,
- L’oscillateur à déphasage associe un amplificateur inverseur à un filtre de trois cellules résistance-condensateur déphasant de 180°, pour satisfaire le critère de Barkhausen à la fréquence d’oscillation.
📌 Les oscillateurs à relaxation
Un oscillateur à relaxation produit un signal sans forme sinusoïdale : créneau, dent de scie, triangle. Il repose sur la répétition d’un phénomène apériodique, typiquement la charge puis la décharge d’un condensateur, une tension de seuil déclenchant chaque nouvelle phase.
Le comparateur vu plus haut retrouve ici sa place : en régime saturé, sa sortie bascule dès le seuil franchi, et cette bascule pilote la charge du condensateur à travers une résistance, qui ramène l’ensemble vers le seuil opposé. Une réaction positive ramenée vers V+ fixe les deux seuils de basculement. Une contrainte croît, cède brutalement, puis croît de nouveau. Le vase de Tantale, qui se remplit lentement avant de se vider d’un coup par son siphon, illustre exactement ce mécanisme.
Retiens la logique d’ensemble : la réaction négative donne les amplificateurs linéaires, l’absence de réaction donne le comparateur, la réaction positive donne les oscillateurs. Repère le fil de retour sur le schéma, identifie le régime, applique les deux règles du modèle idéal. Chaque montage à ALI cesse alors d’être une ligne à mémoriser pour devenir une méthode.
Les questions fréquentes ❓
🤔 Que veut dire ALI en physique ?
ALI est l’abréviation d’amplificateur linéaire intégré. C’est un circuit intégré qui amplifie la tension différentielle entre son entrée non inverseuse V+ et son entrée inverseuse V−. En dehors des classes préparatoires, le même composant est presque toujours appelé AOP, pour amplificateur opérationnel.
💡 Quelle est la différence entre un ALI et un AOP ?
Aucune : les deux sigles désignent le même composant. ALI est la dénomination des programmes de classe préparatoire française, AOP celle des ressources d’IUT, des ouvrages d’électronique et de la pratique professionnelle. Symbole, entrées, bornes d’alimentation et schémas de câblage sont identiques dans les deux cas.
🔍 Quels sont les principaux montages à ALI ?
Huit montages couvrent l’essentiel du programme : inverseur, non inverseur et suiveur pour l’amplification, sommateur et soustracteur pour les opérations sur les tensions, intégrateur et dérivateur pour le traitement analogique, comparateur pour la détection de seuil. Les sept premiers travaillent en boucle fermée avec une réaction négative, le dernier sans aucune réaction.
🧐 Qu’est-ce qu’un ALI idéal ?
L’ALI idéal est un modèle théorique doté d’une amplification différentielle infinie, d’une impédance d’entrée infinie, d’une impédance de sortie nulle, d’un offset nul et d’une bande passante illimitée. Il n’existe pas physiquement, mais il fournit deux règles simples, V+ = V− et courants d’entrée nuls, qui suffisent à retrouver la relation entrée-sortie de tous les montages en boucle fermée.
📖 Pourquoi la sortie d’un ALI sature-t-elle ?
Parce que la tension de sortie ne sort jamais de la plage fixée par la tension d’alimentation du composant. Sous une alimentation Vcc de ±15 V, elle plafonne aux alentours de ces valeurs d’alimentation, quelle que soit l’amplification calculée. Un câblage dépourvu de réaction négative, comme le comparateur, se trouve d’emblée dans ce régime saturé.
Sources 📚
- Bach, Jean-Luc, Daniel Poiraud et Antony Charbonnieras. "L’amplificateur opérationnel et ses montages amplificateurs de base." IUTenligne, réseau national des IUT, 2016, https://www.iutenligne.net/ressources/l-amplificateur-operationnel-et-ses-montages-amplificateurs-de-base.html.
- Glénat, Mathilde et Delphine Chareyron. "Comment convertir un signal analogique en signal numérique au laboratoire." CultureSciences-Physique, ENS de Lyon, 2012, https://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/conversion-analogique-numerique-experience.xml.
- République française. "Arrêté du 5 janvier 2021 relatif aux programmes de la classe préparatoire scientifique Physique, chimie et sciences de l’ingénieur (PCSI)." Légifrance, 2021, https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000043100985.
- Texas Instruments. TL08xx FET-Input Operational Amplifiers, fiche technique du TL081. Texas Instruments, révision de septembre 2025.
- Texas Instruments. LM741, Single 44-V 1-MHz Operational Amplifier, fiche technique. Texas Instruments, révision d’octobre 2015.
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