Travaux pratiques D Electricité Electronique IUT GEII Neuville sur Oise Opérations arithmétiques

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1 Travaux pratiques D Electricité Electronique IUT GEII Neuville sur Oise Opérations arithmétiques Objectifs : compréhension des systèmes d opérations arithmétiques élémentaires, et du système de codage (CC2) des données dans ce type d utilisation.. Travail de préparation théorique Notez que : - Les données manipulées, lors de ce TP, sont codées en CC2 (pour tout ce qui suit). - L on travail avec des données dans un format 4 bits.. Rappeler la conception (donner le schéma) d un additionneur bit complet (avec retenue sortante et entrante), c est-à-dire, montrez que : ADD-BIT- Ai Si Ri+ Bi Ri Ri+ CCT2 2. On désire réaliser un additionneur de mots de 4 bits, réalisez-le avec des additionneurs bit, c est-àdire : A + B = S, avec : A=A[3..], B = B[3..] et S = S[3..]. Prévoir des exemples qui montrent que l additionneur fonctionne correctement. Prévoir des exemples qui montrent les limites de fonctionnement de l additionneur (dépassement de capacité ou de format). 3. Comment est réalisé : l indicateur de dépassement, noté : V (overflow). 4. Comment modifier le schéma afin de rajouter une commande cmd qui permet de réaliser une addition ( si cmd=) ou bien une soustraction (si cmd=)? Opérations arithmétiques page

2 2. Manipulations 2.. A l aide du logiciel ISIS, et suite au tutorial (réalisé par l assistant de TP), concevez un additionneur 4 bits, à partir de la structure de l additionneur bit complet (de la préparation), puis vérifiez le bon fonctionnement en mettant en œuvre la simulation Concevez un soustracteur 4 bits, à partir de la structure de l additionneur bit complet, que vous modifierez. Afin de vérifier plus clairement le bon fonctionnement, vous utiliserez une structure hiérarchique et vous présenterez votre feuille de travail comme ceci : ADD-BIT- Ai Si R4 R3 R2 R R Bi Ri+ Ri A3 A2 A A CCT2 ADD-BIT-2 Ai Si Bi A3 A2 A A Ri+ Ri B3 B2 B B CCT2 ADD-BIT-3 Ai Si Bi Ri+ B3 B2 B B Ri CCT2 S3 S2 S S ADD-BIT-4 Ai Si Bi Ri+ S3 S2 S S Ri CCT2 Prévoir un indicateur V de dépassement Modifiez le «design» précédent, en additionneur/soustracteur généralisé (détails auprès de l assistant); puis vérifiez le bon fonctionnement par simulation Réalisez à l aide d additionneurs intégrés 74HC283 de 4 bits une addition de deux mots de 8 bits Modifiez le «design» précédent, en additionneur/soustracteur généralisé; puis vérifiez le bon fonctionnement par simulation. Peut-on avoir un indicateur de dépassement? Justifiez votre réponse. Opérations arithmétiques page 2

3 Opérations arithmétiques page 3

4 Objectifs : Travaux pratiques D Électricité Électronique IUT GEII Neuville sur Oise Conditionnement d un capteur de déformation - Etudier une application pratique utilisant une jauge de contrainte comme capteur de force. - Utiliser un pont de Wheatstone. Présentation Il existe plusieurs méthodes pour mesurer une déformation, la plus courante est le recours à la jauge de contrainte. Une jauge de contrainte est un capteur dont la résistance varie en fonction de sa déformation. Elle permet la mesure indirecte d une force, d une pression, d un poids, etc., par déformation du corps d épreuve sur lequel elle est solidaire (en général par collage) La jauge la plus courante est la jauge de contrainte métallique encollée, elle se compose d un fil très fin, monté en spirale : Exemple de jauge Exemple de corps d épreuve Mise en évidence des zones de déformations du corps d épreuve On rappel que la résistance du fil vérifie la relation R = ρ l. Ainsi lors de la déformation la longueur l S varie et par conséquent la résistance R. On note R la résistance de la jauge au repos et ΔR la variation de la résistance : R = R + ΔR. Pour des raisons pratiques la jauge sera simulée au cours du TP par une résistance variable (boite à décade). Conditionnement d un capteur de déformation page

5 2 Préparation 2. Pont de Wheatstone avec une seule jauge active Une jauge de contrainte est collée sur le corps d épreuve d une balance. La masse M à mesurer déforme le corps d épreuve. Les variations relatives de la résistance de la jauge sont proportionnelles à la masse M. On admettra que : R R = K M M en kg et K=4. -3 kg - La jauge est insérée dans le pont de Wheatstone suivant : R = kω E V R k R k A V AB B R jauge R k Figure. Montrer que la tension V AB vérifie l équation suivante : 2. Les variations relatives de résistance R R V AB R E 2R 2 R 2R sont inférieures à %. Quelle masse M maximum peut-on mesurer? 3. Tracer l évolution de la tension V AB en fonction de R. Placer sur l axe des abscisses la correspondance en fonction de la masse M. R 4. On admet que si < % alors l expression de VAB peut être approchée à % près par : 2R E R V AB 4 R Tracer sur le même système d axes qu à la question 3 l évolution de V AB approchée. Indiquer également sur le graphe la zone où l approximation reste valable. Notamment indiquer les valeurs limites de ΔR et M. Conditionnement d un capteur de déformation page 2

6 2.2 Correction de la non linéarité Pour obtenir une tension V AB proportionnelle à la masse M on peut par exemple : - Utiliser une deuxième jauge identique à la première et placée de telle façon que sa variation de résistance soit opposée à celle de la première jauge. - Insérer la jauge dans un montage à AOP Pont de Wheatstone à deux jauges actives Le pont de Wheatstone possède maintenant deux jauges actives : R k R jauge A V AB B E V R k R' jauge 2 Figure 2 La jauge à une résistance R = R + ΔR. La jauge 2 à une résistance R = R - ΔR. Montrer que la tension V AB vérifie l équation suivante : Montage de compensation à AOP V AB La jauge de contrainte est insérée dans le montage suivant : R -V E R 2 R R jauge E V U2 TL8 Vs R +V R Figure 3 Conditionnement d un capteur de déformation page 3

7 La résistance de la jauge vérifie la relation : R = R + ΔR L AOP est supposé parfait : les courants d entrés i+ et i- sont nuls et la sortie se comporte comme un générateur de tension parfait.. Exprimer V+ en fonction de E. 2. Exprimer V- en fonction de Vs, E R et R. 3. Sachant que l AOP fonctionne en régime linéaire (V+=V-), montrer que 3 Manipulation V s E R 2 R 3. Pont de Wheatstone avec une seule jauge active Le montage d étude est celui de la figure. La jauge sera remplacée par une résistance variable. Utiliser pour cela la boite à décade.. Après avoir régler avec précision E à V. Câbler le montage et régler R à kω Mesurer la tension V AB au voltmètre numérique. Cette tension est-elle nulle? Pourquoi? 2. Régler R pour obtenir la tension V AB la plus faible possible. On note R exp la valeur ainsi réglée. 3. Les variations de R par rapport à R exp sont ΔR=R- R exp. Tracer sur papier millimétré la courbe V AB =f(δr) pour ΔR variant de à Ω. Comparer avec la courbe théorique et justifier les éventuels écarts. 3.2 Correction de la non linéarité 3.2. Pont de Wheatstone à deux jauges actives. Le montage d étude est celui de la figure 2. Chaque jauge est remplacée par une boite à décade.. Tracer sur papier millimétré la courbe V AB =f(δr) pour ΔR variant de à Ω. Comparer avec la courbe théorique et justifier les éventuels écarts Montage de compensation à AOP Le montage d étude est celui de la figure 3. R =R = kω. Après avoir régler avec précision E à V. Câbler le montage et régler R à kω 2. Régler R pour obtenir la tension V AB la plus faible possible. On note R exp la valeur ainsi réglée. 3. Les variations de R par rapport à R exp sont ΔR=R- R exp. Tracer sur papier millimétré la courbe V S =f(δr) pour ΔR variant de à Ω. Comparer avec la courbe théorique et justifier les éventuels écarts. Conditionnement d un capteur de déformation page 4

8 Travaux pratiques D Electricité Electronique IUT GEII Neuville sur Oise Amplificateur opérationnel : montages linéaires Objectifs : - Se familiariser avec les montages AOP les plus classiques. - Etre capable de calculer les fonctions de transfert correspondant à ces montages et de caractériser leur impédance de sortie et d entrée.. Travail de préparation théorique Pour l étude des montages proposés, les AOP seront considérés comme idéaux... Amplificateur inverseur Soit le montage de la figure :. Donner la fonction de transfert Vs de ce montage. 2. En déduire l amplification A de ce montage. 3. Donner la valeur de la résistance d entrée Re de ce montage..2. Amplificateur non inverseur Soit le montage de la figure 2 : Ve Amplificateur opérationnel : montages linéaires page

9 . Donner la fonction de transfert Vs de ce montage. 2. En déduire l amplification A de ce montage. 3. Donner la valeur de la résistance d entrée Re de ce montage..3. Montage suiveur Soit le montage de la figure 3 : Ve. Montrer que ce montage peut être considéré comme un cas particulier du montage amplificateur non inverseur qui aurait une amplification unitaire ( A= ). 2. Donner la valeur de la résistance d entrée Re de ce montage. 3. Donner la valeur de la résistance de sortie Rs de ce montage..4. Réalisation de fonctions mathématiques élémentaires Soit le montage de la figure 4 :. Donner l expression de Vs en fonction de V, V 2, R, R 2 et R En déduire la fonction de ce montage. Soit le montage de la figure 5 :. Donner l expression de Vs en fonction de V, V 2, R, R 2, R 3 et R En déduire la fonction de ce montage et une condition sur la valeur des résistances pour que Vs = k (V 2 V ). Amplificateur opérationnel : montages linéaires page 2

10 2. Manipulation Les AOP seront alimentés en -2V et 2V. 2.. Etude des montages amplificateurs Pour le montage n (amplificateur inverseur) on fixe R =4,7kΩ et R 2 =kω. Pour le montage n 2 (amplificateur non inverseur) on fixe R =R 2 =R avec R comprise entre kω et kω. Il est recommandé de câbler les trois montages n,2 et 3 ensembles afin de ne pas perdre de temps.. Relever sur la même feuille de papier millimétré les caractéristiques de transfert statique Vs=f(Ve) des montages n,2 et 3, la tension Ve variant de -2V à 2V. 2. Indiquer les zones de fonctionnement en régime linéaire et les zones de fonctionnement en saturation. 3. Mesurer sur ces caractéristiques les amplifications A des montages et comparer avec les résultats obtenus en préparation théorique. 4. Mesurer également les valeurs des tensions de saturations. 5. Mesurer la résistance d entrée du montage n (Indiquer la méthode de mesure). 6. Appliquer une tension sinusoïdale de 2V d amplitude et de fréquence égale à khz en entrée des montages,2 et 3. Relever en concordances des temps les chronogrammes des tensions Ve et Vs pour les trois montages. Retrouver à partir de ces relevés les amplifications A des trois montages. 7. Appliquer une tension Ve triangulaire de V d amplitude et de fréquence égale à khz. Relever en concordance des temps les chronogrammes des tensions Ve et Vs pour les trois montages. Justifier la forme des chronogrammes pour les tensions de sortie des trois montages Etude du montage n 4 Prendre R =R 2 = R 3 =R avec R comprise entre kω et kω.. V est une tension sinusoïdale de 2V d amplitude et de fréquence égale à khz. V 2 est une tension continue égale à 5V. Relever en concordances des temps les chronogrammes des tensions V,V 2 et Vs. 2. Retrouver à partir de ces relevés le fonctionnement du montage Etude du montage n 5 Prendre R =R 2 = R 3 = R 4 =R avec R comprise entre kω et kω.. V est une tension sinusoïdale de 2V d amplitude et de fréquence égale à khz. V 2 est une tension continue égale à 5V. Relever en concordances des temps les chronogrammes des tensions V,V 2 et Vs. 2. Retrouver à partir de ces relevés le fonctionnement du montage. Amplificateur opérationnel : montages linéaires page 3

11 ANNEXE : Brochage des TL8, TL82 et TL84 TL8 : TL82 : TL84 : Amplificateur opérationnel : montages linéaires page 4