CARACTERISATION D UN AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL
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- Nicole Landry
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1 INTITUT UPERIEUR DE ETUDE TECHNOLOGIQUEDE NABEUL IET de Nabeul Campus Universitaire 8000 Nabeul Tel : Fax : T.P N 1 CARACTERIATION D UN APLIFICATEUR OPERATIONNEL I. OBJECTIF esurer les paramètres de performances d un amplificateur opérationnel, à savoir : Tension d offset et courants de polarisation. Pente maximale du signal de sortie " slew rate ". Bande passante. Taux de réjection du mode commun " TRC ". II. CRITERE D EVALUATION Branchement correct et identification des montages. éthode de travail. Exactitude des résultats. Interprétations et conclusions. III. ATERIEL Alimentation stabilisée. Générateur de fonctions "GBF". Oscilloscope à mémoire numérique. Voltmètre de précision. IET DE NABEUL (2014) 3 oez HAJJI
2 IV. TRAVAIL A EFFECTUER A esure de la tension de décalage : Pour mesurer la tension de décalage on peut utiliser un montage suiveur de gain unité. La tension de sortie dans se cas est égale à la tension de décalage à l entrée (tension d offset). On doit utiliser un voltmètre de grande précision puisqu on mesure une tension qui est de l ordre de quelques millivolts. Une autre solution plus pratique consiste à utiliser le montage suivant : R C 15 Figure 1.1 : esure de la tension d offset 1 ) Expliquer comment nous pouvons à l aide d un tel montage, mesurer la tension d offset de l amplificateur opérationnel. achant que = 1 k, calculer pour avoir = 100 V d où V d est la tension d offset. 2 ) Alimenter le montage sous 15 V et 15 V. esurer la tension de sortie. En déduire la valeur de la tension de décalage d entrée V d. Quel est l influence de la température sur la tension de décalage (poser le doigt sur le boîtier de l amplificateur opérationnel). Déterminer l erreur due aux courants de polarisation. Quel est le rôle de la résistance R c? Calculer alors sa valeur. 3 ) Relier les points accessibles (a) et (b) puis ajuster le potentiomètre " offset " pour annuler la tension de sortie donc la tension d offset V d. 4 ) Interpréter et conclure. IET DE NABEUL (2014) 4 oez HAJJI
3 B Pente maximale du signal de sortie "slew rate" : On donne le montage amplificateur inverseur de la figure 1.2. E V e R C 15 Figure 1.2 : esure du slewrate 1 ) Quel est le rôle de la contre réaction? ontrer que le montage est un amplificateur inverseur du signe de la tension d entrée V e. Déterminer l impédance d entrée du montage. De quoi dépend le choix de la résistance? Justifier le choix de la résistance R c. 2 ) Alimenter le montage sous 15 V et 15 V et faire le réglage d offset. On prend V e un signal triangulaire puis V e un signal sinusoïdal de 6 V crête à crête et de fréquence 1 khz, pour chaque cas : Relever à l oscilloscope V e (t) et (t). Relever également la caractéristique de transfert (V e ). Déterminer l intervalle de variation de V e pour lequel le montage fonctionne en régime linéaire. 3 ) Appliquer à l entrée un signal rectangulaire V e de 6 V crête à crête et de fréquence 1 khz, puis visualiser le signal de sortie. Faire varier la fréquence de V e et relever la fréquence pour laquelle devient un signal triangulaire. A partir du quelle fréquence F le slew rate noté " " intervientil? Déterminer le slew rate = d /dt. Comparer se résultat avec la valeur typique du 741 ou TL081 donnée par le constructeur (voir notice technique). 4 ) Interpréter et conclure. C Courants de polarisation et bande passante : oit le schéma d un amplificateur de tension non inverseur de la figure ) Déterminer l expression du gain en tension du montage G = /V e. Calculer sa valeur si on donne = = 10 k. IET DE NABEUL (2014) 5 oez HAJJI
4 Rétroaction 2 1 G R 3 E 2 E 1 V R 4 V e 15 Figure 1.3 : esure de la bande passante 2 ) esure des courants de décalage : Le montage, alimenté sous 15 V et 15 V, est utilisé sans rétroaction. Les bornes E 1 et E 2 sont à l air libre. esurer les potentiels des bornes E 1 et E 2 par rapport à la masse. En déduire les courants de décalage à l entrée I d et I d. Calculer alors le courant de décalage I d ainsi que le courant de polarisation I p. Comparer ces résultats avec les données du constructeur (voir notice technique). 3 ) Utiliser la rétro action 1. Alimenter le montage sous 15 V et 15 V et régler l offset. Pour V e une onde sinusoïdale de 1 V maximale et de fréquence 1 khz, visualiser et relever et V e. Relever V emax qui correspond à la limite de fonctionnement en régime linéaire. 4 ) Détermination de la bande passante du montage : Appliquer un signal sinusoïdal V e de 0,1 V crête à crête. Relever et V e. Varier la fréquence du signal d entrée V e et remplir le tableau suivant : F (khz) (V) G G (db) Tracer sur papier semilogarithmique la courbe du gain G db en fonction de la fréquence. En déduire la fréquence f c de coupure à 3 db ainsi que la fréquence unité f 0. Quelle est la bande passante de l amplificateur? Calculer le facteur de mérite (produit gain bande passante). Proposer une autre méthode pratique pour la détermination de la bande passante. 5 ) Relever l amplitude de l onde sinusoïdale d entrée V e de fréquence 1 khz, pour avoir une tension de sortie = 20 V crête à crête. IET DE NABEUL (2014) 6 oez HAJJI
5 Augmenter la fréquence jusqu à avoir en sortie une onde triangulaire (phénomène de linéarisation). Relever alors la fréquence correspondante à ce phénomène. Reprendre l essai pour avoir = 10 V crête à crête. Calculer la fréquence de linéarisation ( = 20 V et = 10 V). Calculer le produit F max max. 6 ) Utiliser maintenant la rétroaction 2 avec = 220 k. Faire le réglage d offset. Calculer la fréquence de coupure et en déduire la bande passante. Utiliser une des méthodes précédemment adoptées pour déterminer la bande passante. Comparer les valeurs théoriques et pratiques de la fréquence. 7 ) Interprétations et conclusions. D Taux de réjection de mode commun : oit le schéma d un amplificateur différentiel de la figure 1.4. Ce montage présente deux tensions d entrées V 1 et V 2. On prendra R = 10 k et R = 100 k. R E 1 V 1 E 2 V 2 R R R 15 V Figure 1.4 : esure du TRC 1 ) Déterminer l expression de en fonction de (V 2 V 1 ). Calculer le gain en tension A d. 2 ) Alimenter le montage sous 15 V et 15 V. Pour V 2 = 0 V et V 1 un signal sinusoïdale de 1 V maximale, vérifier le gain en tension du montage (A d = 10) en basse fréquence. 3 ) Relier les bornes E 1 et E 2 au même potentiel V e de 1 V maximale et en basse fréquence. esurer la tension de sortie. En déduire le gain du mode commun A c = /V e. Calculer alors le rapport de réjection du mode commun du montage TRC = 20 log (A d /A c ) Comparer le TRC du montage avec celui de l amplificateur opérationnel seul. En faisant varier la fréquence du signal d entrée, observer l évolution du TRC du montage. 4 ) Interprétations et conclusions. IET DE NABEUL (2014) 7 oez HAJJI
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