Travaux pratiques : Oscillateur de relaxation

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1 Travaux pratiques : Oscillateur de relaxation PSI* /2017 Les questions commençant par Pn doivent être traitées en préparation AVANT la séance de travaux pratiques. Les questions commençant par En correspondent aux résultats du travail expérimental. es deux types de numérotations doivent être conservés pour la rédaction du compte-rendu. Objectifs de la séance : Réaliser un oscillateur de relaxation. Eectuer l'analyse spectrale des signaux générés. 1 omparateur à hystérésis e s Figure 1 Montage comparateur à hystérésis 1

2 P1 : E1 : E2 : E3 : E4 : Analyser le fonctionnement du montage décrit sur la gure 1. En déduire le lien entre les tensions s et e. Réaliser le montage de la gure 1, avec = = 22 kω. On se place en régime lentement variable (f 1 Hz) : utiliser le G.B.F avec un signal triangulaire pour faire varier e entre -10 V et 10 V. Observer e et s à l'oscilloscope. Visualiser en XY la courbe d'hystérésis. Tracer le cycle obtenu et indiquer le sens de parcours. Mesurer les tensions caractéristiques associées aux variations de e et s et comparer aux valeurs théoriques attendues. Observer cette caractéristique à des fréquences plus élevées, tracer son allure et commenter les déformations observées. Ne pas défaire ce montage car il sert dans les deux parties suivantes. 2 Multivibrateur astable R s Figure 2 Multivibrateur astable P2 : En admettant que le montage de la gure 2 est instable, montrer qu'il oscille à la période : E5 : E6 : T 0 = 2R ln 1 β 1 β avec β = = 1 2 Réaliser le montage de la gure 2 utilisant le comparateur à hystérésis de la partie précédente. On prend pour R une boîte de résistance variable que l'on règle d'abord sur R = 4, 7 kω. On prend = 1 ; µf ; = = 22 kω. On a donc β = = 1 2. Observer s et V à l'oscilloscope. Tracer leur allure. Vérier que s bascule lorsque V atteint une des deux tensions caractéristiques associées à e mesurées dans la partie 1. 2

3 E7 : Mesurer la période T 0 des signaux. La comparer à la valeur théorique. E8 : Eecteur l'analyse spectrale des signaux et commenter. E9 : Interpréter en terme de ltrage le passage du spectre de s à celui de V. E10 : Rajouter en sortie du montage les deux diodes électroluminescentes (LED) de couleurs diérentes montées en sens inverse (gure 3). La résistance R c = 1 kω est une résistance de protection des LED, indispensable à leur survie! (limitation du courant les traversant) R R c Figure 3 Multivibrateur astable avec LED E11 : E12 : Mesurer au chronomètre la période lorsque l'on a choisi R = 500 kω. ommenter. Observer que pour une valeur de R trop grande, les diodes cessent de clignoter. ommenter 1. 3 Générateur de signaux créneaux et triangulaires Dans le montage précédent, l'oscillateur est obtenu grâce au comparateur à hystérésis et à la boucle de réaction constituée par un ltre R passe-bas (pseudo-intégrateur). On peut remplacer cette boucle par un intégrateur qui peut permettre d'obtenir des signaux triangulaires par intégration des signaux en créneaux obtenus en sortie du comparateur... si toutefois le système est bien astable, c'est-à-dire qu'il bascule périodiquement d'une saturation à l'autre. E13 : Réaliser le montage de la gure 4 utilisant le comparateur à hystérésis de la partie 1. On prend R = 39 kω ; = = 22 kω ; = 100 nf. E14 : Observer à l'oscilloscope les signaux en sortie de l'intégrateur et du comparateur. ommenter en expliquant pourquoi le circuit n'oscille pas. E15 : Proposer une modication du schéma permettant d'obtenir des oscillations Indication : tenir compte de la résistance d'entrée R e = 1 MΩ de l'oscilloscope qui est en parallèle avec le condensateur lorsque l'on observe V à l'oscilloscope. 2. Plusieurs solutions sont possibles. 3

4 R Figure 4 Première idée Me montrer votre proposition avant toute mise en uvre. E16 : P3 : Après validation, réaliser le montage correspondant à votre proposition. Mesurer la période des oscillations et comparer à la valeur théorique attendue. Proposer un montage permettant d'obtenir des signaux non plus symétriques mais de rapport cyclique réglable. Me montrer votre proposition avant toute mise en uvre. E17 : Mettre en uvre ce montage et vérier son fonctionnement. 4

5 Matériel Trois ALI TL081 Un résistor 1 kω deux résistors 15 kω deux résistors 22 kω un résistor 39 kω Un condensateur 1 µf Un condensateur 100 nf Deux LED (une rouge, une verte) Une plaquette de montage Une boite à décade de résistance un chronomètre 5

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