1ère GEN 2007-2008 TP16. TP n°16 :fonction amplification : amplificateur opérationnel en régime saturé. Buts du TP : on étudie le montage comparateur avec deux systèmes : une photorésistance (montage allumeur de réverbère) et un moteur à courant continu. Pour chaque système, on utilise un montage comparateur avec une LED en sortie pour indiquer : si la luminosité est suffisante pour le montage avec une photorésistance. si la vitesse du moteur est comprise entre deux bornes pour le moteur à courant continu. 1°) - . préambule utile aux deux montages. + d V E+ s _ Vs E- Rappeler le fonctionnement de l’amplificateur opérationnel en régime saturé. Rappeler les deux conditions pour qu’un montage à ampli op fonctionne en régime saturé. A la suite de l’AO en régime saturé, on placera une diode électroluminescente (LED) : + I Vd E+ R s _ E- Vs VD Pour les LED utilisées (rouge ou verte), la tension de seuil (tension lorsque la LED éclaire) vaut 1,8 V. Calculer la résistance R sachant qu’on désire un courant de I = 80 mA lorsque la LED éclaire. 2°) - .étude du montage avec une photorésistance. étude de la photorésistance : la photorésistance est un composant passif dont la résistance varie avec la luminosité. On veut mesurer la résistance de la photorésistance dans 3 cas : obscurité. E lumière ambiante. éclairage par une autre source de lumière (ampoule). FLEURIAULT Page 1 sur 5 747104169 I U 2007/2008 1ère GEN 2007-2008 TP16. On a effectué le montage suivant pour les trois situations décrites ci-dessus et on a obtenu les trois courbes ci-dessous : U (V) I (mA) Obscurité I (mA) Ambiance I(mA) Eclairage 0 0 0 0 3 0.48 1.45 4.6 6 0.97 2.9 9.3 9 1.46 4.4 14.2 12 1.95 5.7 19.2 15 2.43 7.25 24.6 18 2.93 8.65 31 Déterminer la résistance de la photorésistance dans les trois cas. 15 V L'allumeur de réverbère R1 R + E=5V R1 = 3,3 k E' = 6 V S - E' = 6 V R2 E Vs Préparation : Montrer que V+ = E = 5 V et exprimer V- en fonction de R1, R2 et +15 V. Rappeler la condition pour avoir VS = + Vsat . Calculer alors la valeur de R2 qui permet le basculement de la tension de sortie Vs, en fonction de R1 et de E. Dans quel cas la LED est-elle allumée ? FLEURIAULT Page 2 sur 5 747104169 2007/2008 1ère GEN 2007-2008 TP16. Expérience Faire le montage. Placer l'ampoule près de la photorésistance. L'alimenter sous 6 V. Quel est l'état de la LED ? Est-ce logique d'après vos résultats précédents (travail préliminaire et étude de la photorésistance) ? Diminuer ensuite E' jusqu'à obtenir le changement d'état de la DEL. Déconnecter alors la résistance R1 et l’ampli op et, sans rien changer d'autre, mesurer la résistance R2 à l'ohmmètre. Comparer avec la théorie. Conclure. Commenter l'utilité d'un tel montage. 3°) - étude du montage comparateur à AO pour visualiser la vitesse de rotation d’un moteur à courant continu. On utilise un moteur à courant continu tel que celui de la photo ci-dessous : Avant quoi que ce soit, les bornes inducteur du moteur doivent être alimentées par un courant continu Iex = 1 A (bornes inducteur) et ce courant doit rester présent tout au long de la manipulation. On commencera donc par placer un courant de Iex = 1 A en utilisant la limitation de courant d’une alimentation continue. Ce moteur doit ensuite être alimenté par une tension continue U de 0 à 25 V (bornes induit) et la vitesse du moteur est à peu près proportionnelle à U. On mesure la vitesse du moteur à l’aide des bornes AT : on obtient sur ces bornes une tension sinusoïdale dont la fréquence et l’amplitude varient linéairement avec la vitesse . Câbler le moteur et visualiser la tension VAT sortant des bornes AT pour U = 8 V. Relever l’amplitude et la fréquence de VAT pour les valeurs de U suivantes : U 0V f de VAT en Hz 15 V U1 = V 133 20 V U2 = V 25 V 200 amplitude En fait, la vitesse est définie par : = f / 8 si on exprime en tours / sec. Donner la formule reliant à f si on veut exprimer en tours / min. Que vaut la fréquence f si on veut = 1 = 1000 tr/min et = 2 = 1500 tr/min Rappeler les 2 valeurs de U (notées U1 et U2) qui correspondent à 1 = 1000 et 2 = 1500 tr/min. FLEURIAULT Page 3 sur 5 747104169 2007/2008 1ère GEN 2007-2008 TP16. On veut récupérer une tension continue qui corresponde à l’amplitude de VAT. On propose le montage suivant : On obtient une tension de sortie uR(t) VAT D est une diode 1N4148 et les valeurs de R et C sont : R = 470 k et C = 1 F. Effectuer le montage et visualiser les courbes VAT(t) et uR(t) pour une valeur de U de 20 V. Montage avec des amplificateurs opérationnels en fonctionnement comparateur : on voudrait obtenir une indication de la vitesse du moteur à l’aide de montages à AO et de diodes électroluminescentes. On veut : que la diode verte soit allumée si la vitesse du moteur est inférieure à 1000 tr/min. qu’aucune diode ne soit allumée si la vitesse du moteur est entre 1000 tr/min et 1500 tr/min. que la diode rouge soit allumée si la vitesse du moteur est supérieure à 1500 tr/min. On propose le montage de la page suivante : On donne le brochage du TL082 qui comporte deux ampli op : R 15V uR + R1 S - rouge R2 AO n°2 U2 R S R3 + U1 uR verte AO n°1 FLEURIAULT Page 4 sur 5 747104169 2007/2008 1ère GEN 2007-2008 TP16. uR est la tension de sortie du montage précédent et U1, U2 sont les deux tensions correspondant à des vitesses du moteur 1 = 1000 tr/min et 2 = 1500 tr/min. Montrer, à l’aide de la formule du diviseur de tension, que : o U1 = R3 15 R1 R2 R3 o U2 = R3 R2 15 R1 R2 R3 Sachant que R1 = 10 k, et connaissant les valeurs de U1 et U2, calculer les valeurs de R2 et de R3. Montrer que les valeurs R3 = 820 et R2 = 470 répondent à peu près au problème. Remplir le tableau théorique suivant : valeur de < 1000 tr/min valeur de U sortie de l’AO n°2 état de la diode verte état de la diode rouge U< 1000 < < 1500 > 1500 tr/min sortie de l’AO n°1 <U< U> En déduire que ce montage répond bien au problème posé. Effectuer ce montage en commençant par placer Iex = 1 A comme indiqué au début. Augmenter progressivement U de 0 à 25 V pour que la vitesse augmente. Observer l’état des diodes. Noter les valeurs des seuils de basculement des diodes. Comparer avec ce qui est attendu FLEURIAULT Page 5 sur 5 747104169 2007/2008