OTA

Un amplificateur opérationnel de transconductance est un circuit intégré qui convertit une tension d'entrée en un courant de sortie, le gain de conversion (transconductance) étant défini par une entrée de commande. Contrairement à un amplificateur opérationnel conventionnel, qui produit une tension, l'OTA produit un courant directement à partir d'un nœud à haute impédance. Cela le rend fondamentalement utile dans les applications où le contrôle du courant ou la sommation de courant est le langage naturel du circuit, en particulier dans le traitement du signal analogique, la conception de filtres et la régulation d'alimentation.

Le cœur d'un OTA est un étage différentiel suivi d'un étage de gain. La différence de tension d'entrée pilote un courant de queue à travers des transistors appariés; les courants de collecteur ou de drain résultants sont ensuite mis en miroir et mis en tampon vers la sortie. Une entrée de courant de polarisation, généralement désignée sous le nom de I-bias ou I-set, contrôle directement la transconductance. La modification de ce courant de polarisation ajuste le gain sans nécessiter de changements de composants. Cette programmabilité a rendu les OTA essentiels dans les conceptions de filtres commandés en tension et les circuits analogiques adaptatifs avant que le traitement numérique du signal ne devienne dominant.

Variantes courantes et limitations

Les premiers OTA, tels que la famille CA3080, fonctionnaient à partir d'alimentations doubles et présentaient une linéarité modeste. Les variantes modernes fonctionnent à partir d'alimentations simples (jusqu'à 1,5 V dans certains cas) et incluent des tampons de sortie intégrés pour convertir la sortie de courant en tension. La transconductance est généralement spécifiée en microsiemens ou nanosiemens et reste dépendante de la température et de l'alimentation, sauf compensation. L'impédance de sortie est finie, généralement de l'ordre du mégohm, et les effets de charge sont significatifs. La tension d'offset d'entrée, le taux de réjection de mode commun et l'excursion de sortie sont tous inférieurs à ceux des amplificateurs opérationnels de précision, de sorte que les OTA ne sont pas des remplacements directs.

Dans les systèmes de distribution d'énergie et les systèmes utilitaires, les OTA apparaissent dans les circuits de détection de tension et de courant, les amplificateurs d'erreur pour les régulateurs à découpage et les boucles de commande de grille. Leur capacité à sommer plusieurs courants de commande les rend précieux dans les systèmes de commande à boucles multiples. Cependant, les performances en matière de bruit sont généralement médiocres par rapport aux amplificateurs à sortie de tension, et aux fréquences audio ou supérieures, des réseaux de compensation externes sont souvent nécessaires. La non-linéarité de la transconductance avec l'amplitude du signal d'entrée restreint les performances en grand signal.

L'OTA reste un composant de niche mais pertinent. Il est rarement choisi pour l'amplification à usage général aujourd'hui; les amplificateurs opérationnels et les circuits à condensateurs commutés l'ont supplanté dans la plupart des applications. Cependant, dans les circuits intégrés à signaux mixtes, les OTA sont fréquemment trouvés comme blocs de construction au sein de filtres analogiques, de frontaux ADC et de circuits de conversion d'impédance où leur sortie de courant inhérente est exploitée plutôt que reconvertie en tension.