IUT GEII Neuville sur Oise Redressement

Transcription

1 Travaux pratiques D lectricité lectronique IUT GII Neuville sur Oise Redressement Objectifs : tudier des montages redresseurs mono et double alternances sans seuils. Application pour la mesure de la valeur efficace d une tension sinusoïdale avec un voltmètre continu. 1. Redresseur élémentaire On s'intéresse tout d'abord à un montage simple réalisé par un circuit diode résistance. La tension v est une tension sinusoïdale de valeur efficace eff, inférieure à 10 et de fréquence f = 100 Hz. D v R v S R = 10 k D = 1 N 4148 Préparation 1.1. Quelle relation existe-t-il, entre la valeur moyenne Smoy de v S et eff valeur efficace de v, dans le cas d'un redresseur idéal? 1.. Tracer la courbe correspondante pour eff < 10 ( 1 1 cm ). xpérimentation 1.3. Relever les oscillogrammes de v S et v pour eff = 1 puis eff = ffectuer les mesures qui permettent de tracer sur le même graphe la courbe Smoy = f ( eff ). Justifier le choix des appareils de mesure et les discordances avec la courbe théorique. note: Pour différentes applications ( notamment les appareils de mesure ) il est nécessaire d'obtenir une caractéristique Smoy = k eff. Redressement page 1

2 . Redresseur mono-alternance v D 1 D u v S1 R D1, D : 1N4148 R1, R : 10kΩ xpérimentation.1. Pour eff = 1 relever et interpréter les oscillogrammes de v, v S1 et u. dans le cas ou les deux diodes sont en place puis dans le cas ou seul la diode D 1 est connectée ( D circuit ouvert ). Observer dans chaque cas l'influence d'une résistance R = 10 k branchée en v S1. Conclure... Relever la courbe de transfert statique S1 = g ( ) pour comprise entre - 15 et Justifier tous les paramètres de cette courbe ( pente, points de cassure... )..3. n régime dynamique ( f = 100 Hz ) relever et tracer la courbe S1moy = f ( eff ). Justifier sur cette courbe les points particuliers. Conclure sur les propriétés du montage. 3. Redresseur double-alternance n utilisant le montage précédent associé à un deuxième étage, on désire obtenir un redresseur double alternance. C R h1 R h v v S1 v S Préparation 3.1. Montrer graphiquement que la somme d'un signal sinusoïdal avec un signal mono-alternance d'amplitude double permet d'obtenir un signal redressé double-alternance. 3.. tablir la relation qui définit v S en fonction de v S1, v et des résistances, R h1 et R h n déduire la valeur de R h1 pour que la pondération v et v S1 soit réalisée. Redressement page

3 xpérimentation 3.4. Régler le potentiomètre pour que le signal v S ait la forme désirée Relever alors les oscillogrammes de v, v S1 et v S. érifier ( hors tension ) la valeur de R h Relever la courbe de transfert v S = g ( v ) pour ( mode XY de l'oscilloscope ) Justifier l'allure de cette caractéristique. 4. Convertisseur alternatif continu De nombreux appareils de mesure (bas de gamme) de valeurs efficaces sont basés sur le principe du redressement double alternance et filtrage du signal obtenu Montrer que si l'on dispose un condensateur C de 1µF (non polarisé) en parallèle sur R h on obtient en v S une tension quasiment continue. 4.. Régler le potentiomètre R h afin d'obtenir une tension Smoy = eff. Justifier par un calcul la valeur de R h Afin de mettre en évidence les possibilités du montage, comparer la mesure d'un voltmètre continu branché en S et celle d'un voltmètre efficace branché en v, dans le cas d'un signal sinusoïdal en entrée. Quelles sont les limitations du montage ( forme du signal, composante continue, fréquence...) Conclure. Redressement page 3

4 Travaux pratiques D lectricité lectronique IUT GII Neuville sur Oise Amplificateur Basses Fréquences de puissance Objectifs : - tudier un montage classique d amplificateur basses fréquences de puissance : l amplificateur classe B ou «amplificateur push pull». - Observer la distorsion de croisement et étudier un montage permettant de corriger ce défaut. - tre capable de faire un bilan de puissance et de calculer le rendement de l amplificateur. 1. tude théorique : principe de l amplificateur classe B 1.1. Distorsion de croisement. Montage N 1 + = 15 i C1 B T 1 i v T R L v S i C - = -15 On admettra que : Si le transistor T 1 de type NPN conduit alors i C1 > 0 et B = 0.7 Si le transistor T de type PNP conduit alors i C > 0 et B = Si < B < 0.7 alors T 1 et T sont bloqués. Les courants d émetteurs sont égaux aux courants de collecteurs : i C1 = i 1 et i C = i Les deux transistors ne fonctionnent pas en régime de commutation, ils peuvent être passants sans être saturés. 1. Donner la relation entre les tensions, S et B.. Donner la relation entre les courants : i, i C1 et i C Amplificateur Basses Fréquences de puissance page 1

5 3. Les deux transistors peuvent-ils être passants en même temps? Justifier votre réponse. 4. On suppose T 1 passant. Déterminer: l état de T, le signe de v S et la relation liant les tensions v et v S. 5. Même travail en supposant T passant. 6. On suppose T 1 et T bloqués. Quelle double inégalité doit alors vérifier v? 7. Déduire des résultats précédents la caractéristique de transfert v S (v ) de l amplificateur. Préciser sur ce dessin les états successifs de T 1 et T. 1.. Allure des signaux. 1. On suppose t sin t v. Dessiner pour =, l allure de v (t) en délimitant sur le chronogramme les états successifs des transistors T 1 et T.. n déduire, en concordance de temps, pour R L = 100, l allure des signaux v (t), v S (t), i(t), i C1 (t) et i C (t) Bilan de puissance. 1. v (t) étant encore sinusoïdale, on pose distorsion de croisement). x. On suppose maintenant que B = 0 (pas de Quelle est alors l allure de v S (t), i C1 (t) et i C (t)? (dessiner les chronogrammes). n déduire en fonction de x, et R L les valeurs moyennes I C1moy et I Cmoy.. On rappelle que la puissance moyenne reçue ou fournie s écrit P = (valeur moyenne [ u i ] ) x Montrer que la puissance fournie par les deux alimentations s écrit: PF IC1moy. RL x Montrer que la puissance utile dans la charge R L s écrit: PU. RL n déduire le rendement du montage en fonction de x. Quel est le rendement théorique maximal? Les courants de base des transistors étant faibles (i B << i C ), on néglige la puissance fournie par v. Montrer que la puissance consommée dans chaque transistor s écrit: x 4 x PT1 PT PT 4 RL Les courbes P F (x), P U (x) et (x) sont données en annexes. Montrer que la courbe P T (x) passe par le maximum: PT max. RL 1.4. Application numérique: 1. L amplificateur est destiné à alimenter un haut parleur assimilé à une charge R L = 8. Calculer pour =15 les puissances maximales : - fournie par les alimentations, - transmise au HP, - dissipées dans chaque transistor.. Pour des raisons pratiques, la charge sera constituée pour la manipulation d une résistance de 100Ω (W). ffectuer de nouveau les applications numériques précédentes. Amplificateur Basses Fréquences de puissance page

6 1.5. Amélioration du montage Montage N : Montage N 3 R R = 10 k R L = R 0 + = 15 B T 1 R=10kΩ R L =100Ω (W) T 1 =D44H11 T =D45H11 v v T R L v S AOP : TL081 AOP TL 081 ou TL 071 T1 BD 41 T BD 4 - = 15 On suppose pour l AOP : v = A avec A >> 1 et pour les transistors i B1 = i B = 0. Montrer que. Manipulation v S v v A B v. Quelle est l influence sur la distorsion de croisement? Attention : Avant de mettre sous tension limiter le courant de l alimentation à 0.5 A. (Si les transistors chauffent exagérément après la mise sous tension, couper l alimentation et vérifier le montage). Pour l étude expérimentale vous avez à disposition une maquette. Le schéma électrique et le plan d implantation sont fournis en annexes. 1) tude de la distorsion de croisement 1. Montage N 1 Les cavaliers JP3 et JP4 sont en place et le cavalier JP est en position basse. Régler v (t) sinusoïdale d amplitude et de fréquence f = 1 khz. isualiser et relever v (t) et v S (t) puis relever en XY (Lissajoux) la caractéristique de transfert v S (v ). Mesurer la pente et l ordonnée à l origine des portions de droite obtenues; en déduire leurs équations. Préciser pour chaque portion de droite, l état de T 1 et T. Comparer avec la théorie. Augmenter la fréquence. stimer à partir de quelle valeur de fréquence la forme d onde de s est changée.. Montage N Le cavalier JP est maintenant en position haute et JP1 en position basse. isualiser et relever v (t) et v S (t) puis relever en XY (Lissajoux) la caractéristique de transfert v S (v ). Déduire du relevé l équation de v S en fonction de v. Préciser sur la caractéristique l état de T 1 et T. Comparer avec la théorie. Amplificateur Basses Fréquences de puissance page 3

7 Observer l évolution de v S (t) quand on augmente la fréquence. xpliquer les phénomènes observés en augmentant la fréquence. Conclure en comparant les montages 1 et. Placer le cavalier JP1 en position haute. Agir sur le potentiomètre et observer son influence sur le chronogramme de s. Donner en le justifiant l expression de l amplitude de s en fonction de R1, R1 et de l amplitude de e.. Mesure du rendement Conserver le montage N : JP1 en position basse. JP en position haute. JP4 en place et JP3 enlevé. Proposer et réaliser un montage de mesure de la puissance P F fournie par les deux alimentations et de la puissance utile P U dans la charge. (On rappelle que P F = I C1moy ). Pour 0 < x < x max, mesurer I C1moy et la valeur efficace Seff de v S (t). Calculer le rendement = P U / P F. Compléter le tableau de mesures ci-dessous. x S Seff, P U, P F et Tracer les courbes P F (x), P U (x) et (x) sur la feuille donnée en annexes. xpliquer les écarts observés avec les courbes théoriques. 1 A IC moy S x Seff P W U PF W P P U F Amplificateur Basses Fréquences de puissance page 4

8 ANNXS Courbes théoriques Pu (W) PF (W) PT (W) 1,4 1, 1 0,8 0,6 0,4 0, 0, 0,4 0,6 0,8 1 x rendement 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 0, 0,4 0,6 0,8 1 x Amplificateur Basses Fréquences de puissance page 5

9 Schéma de la maquette R1 0K JP1 I cc R JUMPR JP3 JUMPR 10k R1 10k 3 -cc U1 6 TL081 R3 0 JP JUMPR T1 D44H11 T D45H11 S JP4 JUMPR RL 100 cc -cc cc D3 1N5400 CD1 100nF CP1 100u GND GND GND3 D4 1N5400 CD 100nF CP 100u - -cc Plan d implantation -cc cc e R1 R1 JP1 cc Icc R1 - R R3 JP3 T1 JP JP4 s + IUT CRGY-PONTOIS T -cc AMPLI BF RL R.PRSA Amplificateur Basses Fréquences de puissance page 6