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1 TP COURS ELECTROCINETIQUE RDuperray Lycée FBUISSON PTSI AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL: MONTAGES SUIVEURS Dans les monages suivans à AO, il y a une réroacion négaive, l AO foncionne donc en régime linéaire 1) L amplificaeur opéraionnel, Brochage du TL 081 L'amplificaeur opéraionnel es un composan acif: il doi êre polarisé par des ensions symériques ±Vcc (Valeur ypique: Vcc = 15 V ) : 2: enrée inverseuse V! 3: enrée non inverseuse V 4:!Vcc 6: sorie Vs 7: Vcc Le ableau suivan donne les caracérisiques d un AO réel ypique e celui d un AO idéal Modèle idéal Amplificaion différenielle µ Résisance de sorie Rs Résisance différenielle d'enrée! 0 AO réel (valeurs ypiques) 200 VmV -1 rès peie! 2 MΩ 1

2 2) Monage suiveur Le monage suiveur que nous allons éudier à pour inérê de ransformer un généraeur de ension réel en un généraeur de ension idéal Ce monage es un adapaeur d impédance : son impédance d enrée es quasimen infinie e son impédance de sorie es quasimen nulle Le monage suiveur correspond au cas pariculier du monage amplificaeur non inverseur dans le cas où es infinie e nulle (voir schémas ci-dessous) Monage amplificaeur non inverseur Monage suiveur 2-1) Monage équivalen R e es l impédance d enrée e R S l impédance de sorie 2-2) Mesure Le GBF fourni une ension sinusoïdale de fréquence f! 1 khz e d ampliude! 1 V 2

3 2-3) Impédance d enrée Visualiser consammen à l'oscilloscope les signaux d'enrée e de sorie, afin de vérifier que le foncionnemen de l'amplificaeur opéraionnel es bien linéaire Dans le monage équivalen, exprimer v S qui es une résisance réglable ( ) en foncion de e 0 ( ) sans R puis avec R Il fau comparer les ensions de sorie v S ( ) e non les ensions v e avec R Pourquoi? Visualiser les ensions v S ( ) e e 0 ( ) Monrer que : Le monage es suiveur La résisance d enrée es supérieure à 1MΩ 2-4) Impédance de sorie ( ) sans R e Désormais, le monage ne foncionne plus en sorie ouvere mais en sorie fermée La sorie es connecé sur appelée résisance de charge Dans le monage équivalen, exprimer v S ( ) en foncion de e 0 ( ) = e 0 ( ) /2, que vau? ( ) sans puis avec, résisance réglable Lorsque v S En praique, il fau bien prendre garde que la sorie ne soi pas saurée en couran Sinon, diminuer l ampliude de l enrée Donner une limie supérieure à R S 3

4 3) Monages amplificaeurs de ension Réaliser successivemen les deux monages amplificaeurs de ension suivans: Amplificaeur non inverseur Amplificaeur inverseur - - v e R 0 v e R 0 Pour chaque mesure, prendre (, ) = ( 10 kω, 50 kω) On placera évenuellemen une résisance R 0 = sur l'enrée non inverseuse pour limier la valeur de i qui n es pas absolumen nulle (défau de l AO qui ne peu-êre parfai) Pour chacun des deux monages : Calculer l'amplificaion en ension H!V ms V me On prend un signal d'enrée sinusoïdal, de fréquence 1 khz Inerpréer le signal de sorie Mesurer l'amplificaion en ension pour la fréquence à 1 khz Comparer à la héorie Consaer que l amplificaion n a plus la valeur prévue au-delà d une ceraine fréquence Déerminer la fréquence de coupure à - 3 db (On rappelle qu il s agi de la fréquence, noée f c, pour laquelle G f = f c ( ) = G max 2 ou G db ( f = f c ) = G db max! 3dB ) 4

5 1) Monage suiveur Avec AO : i = 0 e v e final ( ) = e 0 ( ) ANNEXE : COMPLEMENTS DE COURS ( ) = e 0 ( ) Comme! = 0 alors v e ( ) = v! e ( ) e v! e ( ) = ( ) Au Sans AO : On a un pon diviseur : ( ) = R 0! Inérê du monage suiveur : R 0 La ension aux bornes de dépend de R 0 sauf si Il ransforme un généraeur «réel» en généraeur «idéal» ; c es l adapaion d impédances pour le ransfer de ension 2) Mesure 21) Impédance d enrée Sans R! = v e = e 0 Avec R! = v e = R e R e R e 0 Avec R = 1 M!, on a! e 0 donc R e! R soi R e! 1 M! Il fau comparer les ensions de sorie car si on compare v e résulas son faussés par le mulimère R muli < R e, on mesure R muli (avec e sans R ), les 22) Impédance de sorie Sans! = e 0 car R muli > R s Avec! = R s e 0 Quand = 1 2 e, on a R = R, on passe de R 0 u s u de 1 k! à 10! environ pour avoir = 1 2 e 0, donc = R s = 10! Il fau que le couran de sorie ne soi pas rop imporan si non il y a sauraion Si c es le cas, il fau diminuer l ampliude de e 0 5

6 TP COURS ELECTROCINETIQUE RDuperray Lycée FBUISSON PTSI AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL: MONTAGE COMPARATEUR Dans les monages suivans à AO, il n y a pas de réroacion négaive mais évenuellemen une réroacion posiive, l AO foncionne donc en régime sauré 1) Comparaeur simple 1-1) Monage L enrée! es alimenée par un pon diviseur de ension consiué d une boîe elle que = 110 kω e = 50 kω L enrée es alimenée par un généraeur Déerminer v! 1-2) Tension consane : v = cse Faire croîre v à parir de 0 jusqu à 14 V puis diminuer à nouveau v Noer les variaions de 1-3) Tension sinusoïdale : v = V m cos (! ) On uilise un GB, on ravaille à basse fréquence, Visualiser v e en foncion de emps f! 200 Hz Faire varier V m ou e vérifier les valeurs remarquables de v lors du basculemen de v s Visualiser = f v ( ) en mode XY Commener Augmener la fréquence e commener 2) Comparaeur à hysérésis Quelles son les valeurs possibles de v? Avec le GBF, prendre v! riangulaire d ampliude 10 V environ e de fréquence f! 500 Hz Visualiser v! e en foncion du emps Tracer les variaions de v!, v e Visualiser = f v! variaions Commener ( ) e reproduire ces 6

7 ANNEXE : COMPLEMENTS DE COURS 1) Caracérisique d un AO, rappels Il exise deux ypes de régime de foncionnemen : le régime de sauraion e le régime linéaire Régime linéaire Régime de sauraion = µ ( v! v! ) = µ " µ = amplificaion différenielle # 10 5 = ±a! 14 V On es en régime linéaire quand!" M < " < " M, avec! M = a µ " 10#4 V On consae qu en régime linéaire ±! M son rès faibles Dans le cas de l AO idéal, on considère que ±! M " 0 V 2) Comparaeur simple Il n y a pas de bouclage sur l enrée négaive (pas de réroacion négaive, cf cours de SI), l AO foncionne en régime de sauraion : = ±a L enrée négaive es alimenée par un pon diviseur de ension : v! = e = 5 e avec les valeurs de 11 résisances prisen dans le TP On considère que la ension à la borne posiive es consane Au dépar, v = 0,! = 0 " 5 11 e = "6,8 V donc =!a 7

8 On augmene v mais oujours avec v < 15 V Quand v = v!,! devien posiif e on bascule à = a On diminue v Quand de nouveau v < v!, on rebascule à =!a C es la valeur de v! qui fixe la limie de basculemen enre a e!a 3) Comparaeur à hysérésis Le pon diviseur donne : v = v! = ± 6 11 a = ±v max es riangulaire d ampliude 10 V e de fréquence 500 Hz On éudie = f v! ( ) avec!a " " a A = 0, v! < v,! > 0, = a e v = 6 11 a = v max Quand v! > v max,! < 0, =!a e v =! 6 11 a =!v max Quand v! <!v max,! > 0, = a e v = 6 11 a = v max 8

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