Etude et réalisation d`un allumeur de réverbère.

TP07 : comparateur
I. Présentation de l'amplificateur opérationnel :
L’amplificateur Opérationnel (AO) est un
ensemble électronique permettant
d’amplifier la différence de deux
tensions.
L’AO peut être alimenté avec deux
tensions (une positive, l’autre négative et
en général symétriques) ou une seule.
Symbole normalisé:
Il se présente sous la forme d'une puce
électronique ayant 8 broches.
Les tensions
+
+


U+ : tension entre l'entrée e+ et la masse
U- : tension entre l'entrée e- et la masse
US : tension entre la sortie S et la masse
+
U+
-
+
-
+V, -V : alimentations +15 V, -15 V
e+ : entrée non inverseuse
e- : entrée inverseuse
S : sortie
U-
US
masse
II. Alimentation de l'amplificateur opérationnel :
Pour pouvoir amplifier des tensions L'AO doit être alimenté.
* implanter l’AO sur la platine (points B1, B2, C1, C2)
* relier le +15 V de l'alimentation au +V de l'AO
* relier le -15 V de l'alimentation au -V de l'AO
* relier la masse de l'alimentation au point C3 de la platine
Sur les schémas de montage l'alimentation n'est jamais représentée.
* faire vérifier le montage par le professeur.
Réaliser le montage suivant : U+ est une tension continue réglable .
U- est la tension aux bornes d’une pile plate. Relier les "-" de U+ et U- à la masse
du montage : point C3.
Mesurer la tension U-. U- =
Puis utiliser le voltmètre pour mesurer U+ .
U+
USchématiser le voltmètre sur le dessin.
Mesurer aussi avec un autre voltmètre la tension US .
Schématiser le voltmètre sur le dessin.
* faire vérifier le montage par le professeur
Faire varier U+ dans un sens puis dans l'autre et observer US.
Compléter le tableau suivant:
U+(V)
0
1
2
3
4
4.5
4.8
5
US(V)
Reporter ces valeurs sous Excel et ajouter une troisième ligne calculant la valeur de (U+ - U-).
Tracer (toujours avec Excel) le graphe représentant US = f([U+ - U-]).
Donner un titre au graphe et un nom aux axes.
Faire une phrase de conclusion sur ce graphe : « Lorsque (U+ - U-) > … alors Us = …., ….
Imprimer votre travail.
+
8
III. Fonctionnement de l'A.O. en comparateur :
+
-
Us
6
7
IV. Réalisation d'une chaîne électronique comportant un amplificateur opérationnel :
Une chaîne électronique comporte les organes suivants:
- un capteur
- un dispositif électronique
- une dispositif d'utilisation
L'ensemble nécessite une ou plusieurs alimentations.
Dans le cas de la chaîne conduisant à l'allumage d'un réverbère lorsque la nuit tombe,
- le capteur est un détecteur d'obscurité, le rôle d'un capteur est de convertir une grandeur physique (ici l'intensité lumineuse) en
grandeur électrique (ici une résistance).
8
- le dispositif électronique est un Amplificateur Opérationnel utilisé en comparateur
- le circuit d'utilisation est un réverbère (une lampe).
1°) Montage du capteur:
Le circuit capteur comporte une photorésistance de résistance RX qui dépend de la luminosité.
Mesurer RX à l’aide d'un ohmmètre :
- dans l'obscurité cachée dans vos mains : RX =
- à la lumière : RX =
Etude théorique du montage capteur : (R1 = 1 k
Exprimer I en fonction de U et (Rx + R1) :
Exprimer I en fonction de U1 et R1 :
En déduire U1 en fonction de U :
Comparer U1 à l'obscurité et U1 en pleine lumière :
U1obsc =
; U1lum =
Réaliser le circuit suivant où L1 et L2 sont deux diodes
électroluminescentes, L1 est rouge, L2 est verte. On pourra reprendre le
premier montage réalisé avec l’amplificateur opérationnel. On branchera
L1 entre D2 et D3, L2 entre E1 et E2, R1 entre D1 et E1.
On rappelle qu'une diode ne laisse passer le courant que dans un sens (sens
passant); une diode électroluminescente brille lorsqu'elle est parcourue par
un courant dans le sens passant. R1 = 1 k
* faire vérifier le montage par le professeur
+
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2°) AO en montage comparateur :
+
-
U+
-
U
R1
Is
Us
Pile
L1
L2
Compléter le tableau suivant:
U+ (V) U- (V)
U = U + - U-
Us (V)
état des LED :
L1
L2
sens du courant
de sortie Is
générateur réglable sur 6V
générateur réglable sur 3V
3°) Branchement du dispositif d'utilisation :
Le circuit d'utilisation doit comporter un réverbère (lampe) qui s'allume seulement lorsque le capteur est plongé dans l'obscurité.
4°) Montage final: l'allumeur de réverbère :
Réaliser le montage puis le faire vérifier.
R1 = 1 k ; R2 = 1 k.
Mesurer les valeurs de U1 dans l'obscurité et U1 en pleine lumière.
U1obsc =
; U1lum =
+15V
+
R1
U1
Up
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Rx
+
-
R2
Is
Us
Dans quel intervalle Up doit-elle si situer pour que le comportement
de l’AO s’inverse entre le jour et la nuit ?
L1
Comparer Up à U1 quand Rx est éclairée :
puis quand Rx est dans l'obscurité :
Préciser le sens du courant Is dans les 2 cas :
Vérifier que le montage fonctionne : le réverbère (L1) s’allume-t-il
lorsque Rx est dans l’obscurité ?
Etude et réalisation d'un allumeur de réverbère.
1°) Montage du capteur:
Le circuit capteur comporte une photorésistance de résistance RX qui dépend de la luminosité. Mesure de RX à l'ohmmètre:
} Donc Rx(obscurité)>>Rx(lumière)
- à l'obscurité : RX = 0,5 Msoit 500000 .
}
- à la lumière : RX = 1,5 ksoit 1500 .
Etude théorique du montage capteur:
Exprimer I en fonction de U et (Rx + R1):
Loi d'Ohm aux bornes de l'association des résistances Rx et R1:
U = (Rx + R1).I d'où I = U/(Rx + R1)
Exprimer I en fonction de U1 et R1:
Loi d'Ohm aux bornes de la résistance R1:
U1 = R1.I d'où I = U1/R1
En déduire U1 en fonction de U:
I est la même dans les 2 résistances en série.
U/(Rx + R1) = U1/R1
soit U1 = (R1.U)/Rx+R1
Calculer U1 à l'obscurité:
U1(obscurité) = 1,3.103.15/(1,3.103+0,5.106) = 0,04 V
Calculer U1 en pleine lumière:
R1 = 1,3 k
U1(lumière) = 1,3.103.15/(1,3.103+1,5.103) = 6,96 V
Il s'agit d'un montage potentiométrique
2°) A.O en montage comparateur:
Représenter sur le schéma: U+; U- et Us.
Compléter le tableau suivant:
U+ (V)
U- (V)
U = U+ - U-
1er cas: générateur réglable
sur 6V
6V
4,5 V
1,5 V
2ème cas: générateur
réglable sur 3V
3V
4,5 V
-1,5 V
Préciser le sens du courant de sortie Is dans les deux cas:
1er cas: I de S vers M car Us >0
2ème cas: I de M vers S car Us <0
Us (V)
état des L1
LED:
L2
+ Us
allumée
éteinte
-Us
éteinte
allumée
3°) Montage final: l'allumeur de réverbère:
Réaliser le montage suivant puis faire varier la luminosité sur Rx.
R1 = 1,3 k ; R2 = 1 k.
Mesurer la tension Up aux bornes de la pile:
Up = 4,5 V
Comparer Up à U1 quand Rx est éclairée:
Si Rx est éclairée U1 = 6,96 V
d'après le 1°)
puis quand Rx est dans l'obscurité:
Si Rx est dans le noir U1 = 0,04 V
d'après le 1°)
Préciser le sens du courant dans R2 dans les 2 cas:
Rx éclairée: U+-U-=Up-U1 <0 le courant Is va de M vers S, la
diode bloque, le réverbère ne s'allume pas.
Rx dans le noir: U+-U-=Up-U1 >0 le courant Is va de S vers M,
la diode est passante, le réverbère s'allume.
EXAO = expériences assistées par ordinateur.
MPI – TP07
Réalisation d’une chaîne électronique comportant un amplificateur opérationnel
L’allumeur de réverbère
Liste du matériel par groupe :
- Platine jeulin
- 1 AO
- 1 générateur (+15V/-15V)
- 2 résistances 1 k
- 1 LED rouge et une verte
- 1 pile (+ pinces crocodiles)
- 1 photorésistance
- 2 multimètres
- des cordons de mesure