Université Montpellier 2 TD – TP GLEE502 : Electronique

Université Montpellier 2
TD – TP GLEE502 : Electronique Analogique
APPLICATIONS DES AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS EN FONCTIONNEMENT
LINÉAIRE
Dans ce TDP nous étudierons quelques circuits linéaires construits autour d’amplificateurs
opérationnels. Les valeurs des composants de ces montages seront à définir en fonction de cahiers de
charges imposés. La réalisation se fera sur des plaques de connexion (LabDec).
Seront à disposition :
Amplificateurs opérationnels à entrées JFET « standards », modèle TL071.
Résistances 1/4W série E12.
Condensateurs film plastique et électrolytiques.
Alimentation stabilisée +12V -12V
Oscilloscope, voltmètres continus et alternatifs, générateur de fonctions
1. Amplificateur inverseur
• Tracer un schéma équivalent de ce montage
permettant de poser les équations servant à
déterminer les relations entre les tensions v2 et v1.
Pour cela on considérera que les courants d’entrée
de l’amplificateur opérationnel sont nuls et que sa
sortie est un générateur de tension de valeur telle
que la tension différentielle ε soit nulle.
Figure 1 : Amplificateur inverseur.
• Écrire la relation liant v2 à v1.
• Tracer la caractéristique théorique v2 = f(v1) en faisant apparaître les saturations.
• Quelles sont les résistances d’entrée et de sortie théoriques de ce montage ?
• Déterminer les valeurs des composants pour obtenir la fonction v2 = A.v2 avec A = -20.
• Effectuer un relevé statique de la caractéristique v2 = f(v1) (en faisant apparaître les saturations).
Ce relevé sera directement superposé à la caractéristique théorique tracée précédemment. Ne pas
effectuer de tableau de mesure mais laisser les points expérimentaux clairement apparents sur les
courbes.
• Effectuer une rapide mesure du gain en régime alternatif sinusoïdal et déterminer sommairement
fréquence de coupure à -3dB.
• Déterminer les valeurs expérimentales de la résistance d’entrée en fonctionnement en régime
alternatif (avec f = 1kHz). Quelles est la méthode les plus adaptée ici ?
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Applications des amplificateurs opérationnels en fonctionnement linéaire
2. Amplificateur non inverseur
R2
• Tracer un schéma équivalent de ce montage
permettant de poser les équations servant à
déterminer les relations entre les tensions v2 et v1.
R1
-
• Écrire la relation liant v2 à v1.
• Déterminer les valeurs des composants pour obtenir
la fonction v2 = A.v1 avec A = +5.
• Effectuer un relevé statique de la caractéristique
v2 = f(v1) (en faisant apparaître les saturations).
v1
ε +
AO1
v2
Figure 2 : Amplificateur non inverseur.
• Effectuer une mesure du gain en régime alternatif sinusoïdal. En vérifiera la bande passante à -3dB.
Expliquer pour quelle raison on n’obtient pas la même bande passante que dans le cas précédent.
• Déterminer les résistances d’entrée RE et de sortie RS théoriques.
• Peut-on facilement mesurer les résistances d’entrée RE et de sortie RS ?
3. Montage additionneur
• Donner le schéma du circuit permettant d’assurer la fonction vS = -A.(v1 + v2). On souhaite une
résistance d’entrée égale à 100kΩ sur chacune des entrées. Déterminer les valeurs des composants
pour obtenir cette fonction avec A = 5.
• Vérifier le fonctionnement avec deux tensions d’entrée continues.
• Vérifier le fonctionnement avec une tensions d’entrée continue et une tension d’entrée alternative
de fréquence f = 1kHz.
4. Amplificateur inverseur à gain élevé et résistance d’entrée élevée
On a besoin d’un circuit amplificateur inverseur
d’amplification A = v2/v1 = -100 présentant un
résistance d’entrée de 1MΩ.
• En utilisant le montage inverseur classique
(figure 1), calculer les valeurs des résistances. Quel
est le problème rencontré ?
Pour éviter ce problème on utilise maintenant un
montage comportant un amplificateur opérationnel
et quatre résistances (figure 3). La valeur de
résistance la plus élevée disponible est de 1MΩ.
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Figure 3 : Amplificateur non inverseur
à gain élevé.
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• Déterminer les valeurs des résistances pour respecter le cahier des charges.
• Concevoir et construire le circuit supplémentaire à placer en entrée du montage (très simple avec
deux résistances précises) permettant de mesurer avec précision des amplifications très élevées avec
des appareils de mesures standard.
• Mesurer l’amplification en continu.
• Mesurer l’amplification en alternatif.
• Mesurer la résistance d’entrée en alternatif.
5. Amplificateur d’instrumentation à deux étages
On souhaite réaliser un amplificateur d’instrumentation avec les caractéristiques suivantes :
vS = 20(v2 – v1)
• Montrer que les amplificateurs opérationnels
fonctionnent en régime linéaire. L’amplification
en boucle ouverte des AOP étant considérée
comme infinie, quelles sont les tensions
différentielles ε entre les entrées des AOP ?
• Quelle est la valeur théorique de l’amplification
en mode différentiel ? Quelle est la valeur
théorique de l’amplification en mode commun ?
• Quelle est l’impédance d’entrée théorique ?
Figure 4 : Amplificateur d’instrumentation à
deux étages.
Déterminer de l’équation de la tension de sortie, pour cela :
• Déterminer l’expression de la tension intermédiaire vA = f(v1, R1, R2)
• Déterminer une expression de la tension de sortie vS = f(v2, vA, R3, R4)
• En déduire l’expression finale de la tension de sortie vS = f(v1, v2, R1, R2, R3, R4)
• Déterminer les rapports à appliquer entre certaines résistances pour obtenir le comportement
souhaité : vS = 20(v2 – v1)
• Déterminer les valeurs numériques des résistances. Toutes les valeurs ne pouvant être calculées, des
choix sont nécessaires, la plus petite valeur disponible étant égale à 10kΩ.
• Vérifier le fonctionnement en mesurant séparément l’amplification en mode différentielle et
l’amplification en mode commun.
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Extraits de la fiche constructeur de l’AOp TL071
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