TP 9 : Comparateurs

TP T STI Génie Electronique
PHYSIQUE APPLIQUEE
1
Consignes générales pour tous les TP
1) Câbler un circuit électrique en respectant les consignes de sécurité :
-
mise en service de l'alimentation électrique puis de la commande (GBF) après
vérification du montage (par les deux élèves puis par le professeur)
coupure de la commande puis de l'alimentation (ou déconnexion) avant toute
intervention manuelle dans le circuit
réalisation du circuit avant de brancher les appareils de mesure en dérivation (voltmètres,
oscilloscope)
2) Maîtriser l'emploi des appareils de mesure : ampèremètre, voltmètre, ohmmètre, multimètre,
oscilloscope :
-
donner le résultat d'une mesure avec le maximum de chiffres significatifs compatible avec
les appareils utilisés
prendre conscience :
- de l'impédance interne des appareils utilisés
- de l'influence de l'emplacement d'un appareil dans un montage
3) Relever de façon autonome les oscillogrammes en y faisant figurer : les grandeurs représentées,
les unités, les échelles et les coordonnées des points remarquables.
Remarque : code des couleurs (résistances à 5 %)
Noir :
Marron :
Rouge :
Orange :
Jaune :
Vert :
Bleu :
Violet :
Gris :
Blanc :
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
[email protected]
1er anneau :
1er chiffre significatif
2ème anneau : 2ème chiffre significatif
3ème anneau : multiplicateur (exposant de la puissance de 10)
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PHYSIQUE APPLIQUEE
2
Liste des savoir-faire expérimentaux évaluables
pendant les séances de travaux pratiques
Manière d'effectuer les réglages :
R1
R2
R3
respect du protocole de mise sous tension
choix des fonctions et du calibrage des multimètres
choix des fonctions et réglages du générateur basse fréquence
réglages initiaux de l'oscilloscope :
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
mode d'utilisation (mono courbe, bicourbe, XY)
inversion éventuelle des voies
calibrage des amplificateurs de voies
calibrage de la base de temps
choix de la position du commutateur AC-DC
choix de la voie de déclenchement
stabilisation des courbes
Techniques opératoires à connaître :
relevé de la courbe de gain en fonction de la fréquence d'un amplificateur, d'un
filtre
T1
relevé d'un oscillogramme avec indication des coordonnées des points
remarquables
T2
relevé de plus de deux oscillogrammes en concordance de temps
T3
T4
mesure d'un déphasage par rapport à une grandeur de référence à l'aide d'un
oscilloscope
visualisation d'une tension non référencée par rapport à la terre
mesure d'une valeur efficace
mesure d'une valeur moyenne
mesure d'une fréquence de coupure à - 3dB
mesure d'une durée à l'aide d'un oscilloscope (période, constante de temps, temps
de montée…)
mesure d'un rapport cyclique à l'aide d'un oscilloscope
en mode XY relevé du cyclogramme d’un comparateur
détermination de l’excursion maximale du signal d’attaque permettant un
fonctionnement linéaire ; reconnaître une distorsion, un écrêtage
T5
T6
T7
T8
T9
T10
T11
T12
à l’aide d’un système d’acquisition de données :
relevé du spectre d’un signal périodique
[email protected]
T13
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3
T.P. 1 : Circuits avec impédances complexes
Objectifs :
-
-
R1, R4, T2, T4, T8, T13
exploiter une courbe de résonance :
- décrire par une phrase son allure,
- y placer la fréquence de résonance
- donner le résultat d'une mesure avec un nombre cohérent de chiffres significatifs
utiliser un oscilloscope en mode XY pour repérer une concordance ou une opposition de phase.
A. Circuits R-L-C en régime sinusoïdal : résonance
1) résonance série : voir TP de 1ère
2)
résonance parallèle (avec bobine imparfaite) :
f0 
1
2 LC
est la fréquence propre du circuit
Circuit à réaliser :
R
A
i
Rg = 50 
(résistance de sortie)
R = 22 k
Rg
L, rs
C
u
C = 176 nF
Eg
L = 1 mH
GBF
M
rs à mesurer à l'ohmmètre
Le GBF ne doit pas délivrer de composante continue (offset nul)
a) Déterminer les paramètres (I0, R0) du modèle équivalent de Norton. du dipôle D de bornes A, M
constitué du GBF et du résistor R en série.
b) Après avoir calculé f0 et le coefficient de qualité QL de la bobine, déterminer, à la fréquence f0 ,
son modèle équivalent parallèle (Lp, rp)
c) Tracer le schéma équivalent du montage où tout est en dérivation aux bornes A, M .
Compte tenu des valeurs numériques, le dipôle D est pratiquement équivalent à une source de
courant de valeur efficace I0. Régler Eg = 6 V. Démontrer qu’on a alors I0 = 0,27 mA.
d) Relever la valeur efficace de u en fonction de la fréquence, pour des valeurs de f voisines du
maximum U0, à la fréquence f '0. ( f '0. est la fréquence pour laquelle U efficace est maximal)
Tracer la courbe de U en fonction de f. Comparer f0 et f '0. Comparer U0 et la valeur maximale
théorique de U.
Justifier, qu'à la fréquence de résonance, u et i sont en phase.
Décrire une méthode expérimentale qui permet de régler la fréquence à une valeur telle que u et
i soient en phase (oscilloscope en mode XY).
U
e) Déterminer les valeurs des fréquences de coupure fB et fH pour lesquelles on a U  0 .
2
f
En déduire la valeur de la bande passante f = fH - fB . La comparer à 0
Q0
f) Déterminer, aux fréquences de coupure fB et fH , la phase  de u par rapport à i
(relever les courbes)
[email protected]
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4
N.B. : rappel de la méthode de mesure du déphasage : phase de u par rapport à la phase de i
(pour une source de courant, il est logique de prendre i comme référence)
5,00
4,00
t1 quand i ou eg s'annule en 
3,00
2,00
1,00
0,00
0
t2 quand u s'annule en 
1
2
3
4
5
6
7
8
u1
u2
-1,00
-2,00
-3,00
-4,00
-5,00
t (ms)
 (deg)
360

 (rad ) t1  t 2

2
T
(ici, t2 > t1 donc 
Oscillogramme n° 1
représentant eg et u à la
fréquence fB =
sensibilité :
Y1 :
Y2 :
X:
/div. DC/AC
/div. DC/AC
/div.
Oscillogramme n° 2
représentant eg et u à la
fréquence fH =
sensibilité :
Y1 :
Y2 :
X:
/div. DC/AC
/div. DC/AC
/div.
[email protected]
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5
B. Réponse du circuit sélectif à différentes formes de signal en entrée
 Régler, en régime sinusoïdal, la fréquence du GBF à la valeur f '0. ( f '0. est la fréquence pour
laquelle U est maximal en valeur efficace)
 Sans changer de fréquence, observer u(t) (forme, fréquence, amplitude) lorsque eg est
triangulaire, rectangulaire
 Observer et relever u(t) lorsque eg est rectangulaire et que la fréquence est réglée à :
f '0
f '0
f '0
f '0
Que se passe-t-il en dehors de ces fréquences ?
;
;
;
2
3
4
5
Montrer qu’on peut dire que, si une tension est non sinusoïdale mais alternative et périodique de
fréquence fo, elle peut être décomposée en une somme de tensions sinusoïdales
Amplitudes des composantes de u
- de fréquence fo (fréquence fondamentale) et
- de fréquences 2fo, 3fo, 4fo,... (harmoniques)
A l’oscilloscope :
spectre de u(t)
Menu
MATH
FFT
f0
2f0
3f0
RX
LX
4f0
C. Bobine réelle. Pont d'impédance
E
Z1 = R = 10 k
Z2
Z1
Z4 = R' = 1 k
GBF
R3
A
Eg
B
V
Boites à décades
C3
f = 2 kHz
R3
Z4
Z3
C3
M
1) Calculer UAB en fonction de Eg et des quatre impédances du circuit
2) En déduire que, lorsque le pont est équilibré (quand UAB = 0), on a Z1.Z4 = Z2.Z3
(donc réel)
3) Quand le pont est équilibré, exprimer RX et LX en fonction des autres valeurs du pont.
4) Avec le composant inductif , ajuster R3 puis C3 pour que la tension efficace UAB soit minimale.
5) Déterminer la valeur du facteur de qualité du dipôle mesuré Z2
6) En déduire la structure série (rs , Ls ) du dipôle Z2
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f
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6
T.P. 2 : Analyse de signaux périodiques
L'étude proposée consistera à observer et à régler les signaux de sortie du circuit générateur
ICL8038, ensuite à se familiariser à l'utilisation du MF10 et enfin à analyser plus particulièrement un
signal généré par une sortie du circuit.
Nous allons alors vérifier que tout signal périodique alternatif de fréquence f peut être considéré
comme la somme de signaux sinusoïdaux dont les fréquences fn sont multiples
de la fréquence f (harmoniques).
Pour la décomposition du signal périodique à étudier nous utiliserons le circuit MF10 : filtre
sélectif à fréquence d'accord réglable fo. Cette dernière dépend de la fréquence d'horloge fH introduite à
l'entrée u H du MF10 .( u H est un signal créneaux 0- 5V provenant d'un G.B.F.).
La relation entre fH et fo est: fH =100. fo
En faisant varier fH le filtre pourra ainsi sélectionner les différents harmoniques
contenus dans le signal d'entrée u E' à analyser. Si l'on veut extraire l'harmonique de rang n
fo devra être réglée telle que : fo = fn .On aura encore: fH =100. fn .
Au cours de cette étude nous nous limiterons à l'observation des harmoniques
de rang 1 à 7.
Le schéma ci-dessous présente les principaux éléments présentés sur la maquette.
E’ ou E : cosse
poignard
+5V
lissage du signal
fonction F
-5V
S'
S
H
Attention !
la borne jaune E’ ne
sera pas utilisée
pour ce travail
1-Observation et réglage du signal de la sortie « carré»
Alimenter la maquette en -10V / 0/ +10V .
1-1 Visualiser le signal de la sortie « carré » à l'oscilloscope et le régler à f= 100Hz avec un rapport
cyclique de 0,5.
Pour cela agir sur les 2 potentiomètres.
Faire vérifier par votre professeur.
1-2 Sur quelle grandeur caractéristique agit plus particulièrement P1?
1-3 Même question pour P2.
1-4 Peut-on régler indépendamment la fréquence et le rapport cyclique du signal disponible?
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2- Observation et analyse du signal à la sortie « sinus »
Placer le cavalier en JP1.
Les réglages des potentiomètres restant inchangés .
2-1 Réglage du signal d'horloge u H :
Brancher la sortie d'un G.B.F. sur la voie1 de l'oscilloscope afin d'obtenir un signal
créneaux 0-5V la fréquence étant réglée à fH =10kHz. Plus simplement on pourra utiliser,
si elle existe, la sortie TTL du G.B.F.
Faire vérifier par votre professeur.
Le signal d'horloge est maintenant envoyé à l'entrée H du MF10. Ce dernier est alors prêt pour
l'analyse du signal.
2-2 Visualiser simultanément u E' (t) et u S (t) l'oscilloscope.
En faisant varier fH de u H , observer simultanément u E' (t) sur la voie1 et u S (t) sur la
voie 2 de l'oscilloscope.
2-3 Recherche d'harmonique d'un signal.
Rechercher l'harmonique de rang n sur la voie 2 de l'oscilloscope c'est rechercher
un signal sinusoïdal de fréquence fn = n.f ( n : nombre entier) tel que l'amplitude soit maximale.
Rechercher ainsi le 1er harmonique du signal ou fondamental.
Faire vérifier par votre professeur.
2-4 Rechercher les harmoniques suivants. Conclure.
2-5 Si l’oscilloscope le permet utiliser la fonction FFT de l’oscilloscope pour visualiser les
composantes spectrales de u E' (t).
2-6 Quelle remarque peut-on faire sur la distorsion du signal sinusoïdal généré par le ICL8032?
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3- Observations du signal de la sortie « triangle »
Placer le cavalier en JP2.
Les réglages des potentiomètres restent inchangés.
Observer u E' et u S à l'oscilloscope.
Faire varier fH pour rechercher grossièrement les harmoniques contenus dans u E' (t).
3-1 Ce signal comporte-t-il des harmoniques pairs?
On s'intéresse maintenant seulement aux harmoniques impairs.
3-2 Relever û E' .
3-3 Compléter le tableau suivant:
REMARQUE : Pour limiter les erreurs de lecture , il est conseillé de mesurer les valeurs
crête à crête au lieu des amplitudes. Le résultat obtenu sera bien sûr divisé par 2 avant d'être inséré
dans le tableau.
f horloge f
harmonique
amplitude
expérimentale
fH (Hz) correspondant
(V)
fn = fH /100 ( Hz)
amplitude théorique
(V)
fH1 =
f1=
u 1 exp =
u 1 th = 8. û E' / 2 =..…..
fH3 =
f3 =
u 3 exp =
u 3 th = 8. û E' /(9. 2 ) =……
fH5 =
f5 =
u 5 exp =
u 5 th = 8. û E' /(25. 2 ) =.....
fH7 =
f7 =
u 7 exp =
u 7 th = 8. û E' /( 49. 2 ) =....
3-4 Tracer le spectre expérimental en amplitude du signal triangulaire sur papier millimétré.
3-5 Sur le même graphe que précédemment, en employant une couleur différente ,
tracer le spectre théorique en amplitude.
3-6 Comparer les 2 spectres obtenus.
3-7 Conclure
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4- Analyse quantitative d'un signal triangulaire ''dissymétrique''
La position du cavalier reste inchangée.
4-1 Régler les potentiomètres P1 et P2 afin d'obtenir le signal en E’ à la fréquence de 100Hz avec
l'allure ci-dessous:
Faire vérifier par votre professeur.
4-2 Observer et citer les harmoniques présents et consigner les résultats
dans un tableau.
fH (Hz)
fréquence
harmonique
fn (Hz)
rang harmonique
présente (P)
ou
absente (A)
amplitude s'il y
a lieu
(V)
1
2
3
4
5
6
7
4-3 Quelle est la différence principale entre la décomposition de ce signal et celle
observée au paragraphe 3?
4-4 Sur un seul graphe (papier mm) tracer (ou imprimer) le signal étudié en fonction
du temps ainsi que ses 2 ou 3 premiers harmoniques.
On fera ce tracé pour une période du signal.
Pour avoir une vue d’ensemble des composantes spectrales des signaux analysés précédemment,
on pourra utiliser la fonction FFT de l’oscilloscope.
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T.P. 3 : Circuits RC en régime sinusoïdal.
Objectifs : effectuer les mesures permettant de relever la caractéristique de transfert d'un filtre :
- apprécier rapidement le comportement en fréquence d'un filtre par balayage rapide avant de faire les mesures
- T1, T4, T8
Circuit b
C2
Circuit a
R1
ve
C1
vs
ve
R2
vs
A. Définitions
Vs
la transmittance ou fonction de transfert complexe du quadripôle à vide.
Ve
On rappelle que le module de Ve et de Vs est leur valeur efficace, que l'argument de T est la
différence de phase de vs par rapport à ve.
Pour simplifier l'écriture, le module de T sera noté  ; le gain en tension est G = 20 log 
On appelle T 
B. Etude expérimentale des deux circuits a et b
R1 = 10 k
C1 = 10 nF
R2 = 27 k
C2 = 4,7 nF
1) Relever les valeurs efficaces des tensions à différentes fréquences ainsi que le déphasage  :
f (Hz)
Ve (V)
Vs (V)
 (degré)
 T  =
G (dB)
50 100 200 500 1k 2k 5k 10 k 20 k
(par exemple 1 V constant)
Ve et Vs sont les valeurs efficaces de ve et vs et sont mesurées avec le voltmètre (AC) ou l’oscilloscope,
 est mesuré à l'oscilloscope et exprimé en degrés
Tracer les courbes de réponse de G en fonction de la fréquence et en fonction de la fréquence pour
les circuits a et b. On utilisera un papier semi-logarithmique pour les étudier sur plusieurs décades.
Relever la valeur de la fréquence pour laquelle on a G = GMAX - 3dB : on appelle cette fréquence fc
fréquence de coupure à -3dB
2) Exploitation des relevés (pour les circuits a et b)
a) Comment se comporte le circuit à fréquences basses et à fréquences élevées.
b) Quelle est la valeur maximale  MAX que prend  ? A quelle valeur GMAX de G cela correspond-il ?
1
c) Comparer la fréquence fc (fréquence de coupure à -3dB) avec la valeur théorique f0 =
.
2RC
(Exprimer l’écart en pourcentage)
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C. Etude graphique à l'aide du logiciel Regressi
1) représentation graphique de la fonction de transfert (diagramme de Bode) provenant des
mesures

On crée les variables : f (Hz), Vs (V),  [ctrl f] qui seront saisies par entrée directe au clavier

On crée (Y+) les variables : , G qui seront calculées à partir des précédentes :
 = Vs/(la valeur de Ve) ; G = 20*LOG()

Observer les graphiques de G et  en fonction de f : on a très peu de détail dans les basses
fréquences pour une graduation linéaire de f.
Modifier, dans la fenêtre Graphe : coordonnées/graduations/log pour l’abscisse f.

Comparer par le bouton Options graphiques le fait de relier les points par segments ou par
lissage

Utiliser le curseur pour déterminer la fréquence de coupure
2) Représentation de la fonction de transfert complexe théorique
Justifier que (pour le circuit b) :
 =


T
1
1  1 / jRC
1
1  1 /( RC  )
2

1
2RC
G = 20 log 
f
= 1/RC
f0
tan-1 (1/RC)
Dans Fichier/Nouveau/Simulation on définira les grandeurs suivantes :
f est la variable de contrôle (abscisse) en Hz : fmini=10, fmaxi = 200k, 512 points, remplissage
exponentiel
R et C sont des paramètres (valeurs à saisir mais qui peuvent être modifiées),
G en dB et  (ou phi) en ° sont des variables calculées (ordonnées)
On entrera les relations de définition suivantes :
G=-20*log(sqrt(1+1/(R*C*2**f)^2))
phi = atan(1/(R*C*2**f)) ; bouton radians/degrés

f0 =
à sélectionner en degrés :
90
Afficher les courbes de réponse en fréquence.
Déterminer, sur les courbes et à l’aide du curseur gradué la valeur de fréquence pour laquelle
G = - 3 dB et  = 45 °. Comparer cette valeur à f0.
On peut changer les valeurs de R et C et observer la modification des courbes
3) Reprendre la même démarche avec l’autre circuit : on peut représenter dans le même repère la
courbe théorique et les points expérimentaux, puis comparer les valeurs, déterminer les écarts.
Remarque : pour écrire une lettre grecque, taper ctrl+lettre romaine
Exemple : pi = p ; omega = w ; phi = j mais le résultat peut être différent à l’écran et à l’imprimante
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T.P. 4 : Filtres actifs.
Objectifs : effectuer les mesures permettant de relever la caractéristique de transfert d'un filtre :
- apprécier rapidement le comportement en fréquence d'un filtre par balayage rapide avant de faire les mesures
- mesurer une fréquence de coupure à - 3 dB
- mesurer un gain en décibels
- utiliser un oscilloscope en mode XY pour repérer une concordance ou une opposition de phase.
AIL 741, 071, 081 :
Borne :
broche :
E2
E+
3
-Vcc
4
+Vcc
7
S
6
A. Filtre passe-haut du 1er ordre
R2
1) Etude expérimentale
VCC = 15 V
Z1
C1
R1
+ VCC
A
E_
C1 = 6,8 nF

S
vd
R1 = 22 k
GBF
ve
+
vs
E+
R2 = 68 k






- VCC
M
M
Après avoir exploré succinctement les variations de G * et de  en fonction de la fréquence, tracer les
courbes dans un repère semi-logarithmique en précisant la valeur maximale G0 de G et la fréquence de
coupure fc. Pourquoi est-ce un filtre passe-haut ? (Quelle est l'incidence de ce filtre sur le continu, sur
les fréquences basses, sur les fréquences hautes ?)
2) Etude théorique
Démontrer que, comme pour le filtre passif C-R, on a les relations suivantes :
T

T0
1
1
c
j
;
T

T0
1
 
1  c 
 
2
;
 c  2f c 
1
(indices à préciser)
RC
  c 2 

On démontre également que : G - G0 = -10 log 1     et  - 0 = tan-1 c

    
avec G0 = valeur maximale de G (quand f est très élevée), et 0 = valeur de  quand G = G0
Déterminer les valeurs théoriques de c , de T0 , de G0, de 0
Comparer aux valeurs expérimentales.
* On remarquera que T (donc G) ne dépend que de la valeur efficace VS si la valeur efficace Ve est maintenue constante,
quelle que soit la fréquence.
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B. Filtre passe-bas du 1er ordre
C2
R2
13
Y2
1) Etude expérimentale
R1
VCC = 15 V
A
E-

_
R1 = 4,7 k
S
is
vd
R2 = 15 k
GBF
ve
+
vs
E+

C2 = 1 nF






M
M
Après avoir exploré succinctement les variations de G et de  en fonction de la fréquence, tracer les
courbes dans un repère semi-logarithmique en précisant la valeur maximale G0 de G et la fréquence de
coupure fc. Pourquoi est-ce un filtre passe-bas ? (Quelle est l'incidence de ce filtre sur le continu, sur
les fréquences basses, sur les fréquences hautes ?)
2) Etude théorique
Démontrer que, comme pour le filtre passif R-C, on a les relations suivantes :
T

T0
1
1 j

c
;
T

T0
 
G - G0 = -10 log 1  
   c
1
 
1   
 c 
2
;
 c  2f c 
1
(indices à préciser)
RC

 
;
 - 0 = - tan-1  

 c 
avec G0 = valeur maximale de G (quand f est très basse), et 0 = valeur de  quand G = G0
Déterminer les valeurs théoriques de c , T0 , G0, 0 . Comparer aux valeurs expérimentales.



2

C2
C. Filtre passe-bande
Z1
R2
Y2
1) Etude expérimentale
C1
R1 = 22 k
A
R1
E_
R2 = 22 k
C1 = 2,2 nF

S
vd
GBF
ve
+
vs
E+
C2 = 2,2 nF
M
[email protected]
M
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Rc
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Après avoir exploré succinctement les variations de G et de  en fonction de la fréquence, tracer les
courbes dans un repère semi-logarithmique en précisant la valeur maximale G0 de G et la fréquence f0
correspondante, ainsi que les fréquences de coupure fB et fH **.
Pourquoi est-ce un filtre passe-bande ? (Quelle est l'incidence de ce filtre sur le continu, sur les
fréquences basses, sur les fréquences moyennes, sur les fréquences hautes ?)
2) Etude théorique
a) Après avoir exprimé la transmittance T en fonction de Z1 et Y2, démontrer que l'on a la relation
suivante :
R2
R1
T

f 
f 
1  j 1  j 1 
f 2 
f 


avec f1 
1
1
et f 2 
2R1C1
2R2 C 2
b) Application numérique : calculer puis comparer aux valeurs expérimentales :








f0 = f1 = f2
T0 = valeur maximale de T et G0 = valeur maximale de G
T
1
Q0 dans l'expression :


T0
 f
f0 
1  jQ0   
f 
 f0
les fréquences de coupure fH et fB
f
la bande passante f = fH - fB et vérifier que f  0
Q0




R 
C
D. Filtre sélectif
L
Y2
R1
R1 = 1 k
A
E_
R = 4,7 k
L = 10 mH

S
vd
GBF
ve
+
vs
E+
C = 100 nF
M
M
Reprendre la même question b) que pour le filtre passe-bande. (courbes dans un repère linéaire).
**
rappel : aux fréquences de coupure, T 
[email protected]
T0
2
donc VS 
max( VS )
2
si Ve constant quand f varie
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Rc
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15
T.P. 5 : amplificateur de différence : élimination du bruit sur une ligne bifilaire
(évaluation bac 2001)
[email protected]
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16
T.P. 6 : amplificateur de puissance classe B.
Objectifs du TP :
- déterminer l'excursion maximale du signal d'attaque permettant un fonctionnement linéaire
- reconnaître une distorsion, un écrêtage sur un oscillogramme
- déterminer l'ordre de grandeur des résistances d'entrée et de sortie
- déterminer les puissances mises en jeu ainsi que le rendement.
R2
K' ou K
2
+Vcc
1
T1
E
R1
-


R4
B
GBF
ve
Ru
+
S S'
R5
vS
M
T2
-Vcc
ve aux bornes du générateur BF sera sinusoïdale et de valeur moyenne nulle. Fréquence : 1 kHz.
Choix des composants : R1 = 1k ; R2 = 2,2 k ; R4 = R5 = 1  ; Ru = 91  (câblé entre S' et M) ;
T1 (NPN) : TIP 41 ; T2 (PNP) : TIP 42 ; AIL : TL 081 ou équivalent ; Vcc = 15 V


A. Le cavalier est en position 1 et S est relié à S'
1) Après avoir alimenté le montage conformément au schéma, vérifier que, sous tension d'entrée
nulle, la valeur de la tension de sortie est nulle (ni composante continue, ni composante
sinusoïdale).
2) Déterminer la relation (théoriquement et expérimentalement) qui lie uBM à ve.
3) Déterminer l'ordre de grandeur de la résistance d'entrée du montage en mesurant la valeur efficace
de la tension de sortie du GBF
- quand le GBF (de résistance de sortie égale à 50 ) est à vide puis
- lorsqu'il est branché entre E et M.
(tracer le modèle équivalent de la maille d’entrée)
[email protected]
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4) Observer, en fonction de la tension vBM , les courbes de sortie à l'oscilloscope lorsque l'amplitude
de ve vaut successivement : 1 V , 3 V , 6 V. Relever et commenter les 3 courbes en précisant quand
les transistors sont bloqués ou saturés.
B. Le cavalier est en position 2 et S est relié à S'
5) Observer, en fonction de la tension d'entrée, les courbes de sortie à l'oscilloscope lorsque
l'amplitude de ve vaut successivement : 1 V , 3 V , 6 V. Commenter les 3 courbes et comparer au
cas précédent.
6) Vérifier que la résistance de sortie du montage est pratiquement nulle en comparant la tension de
sortie quand Ru est branchée (S est relié à S') et lorsqu'elle ne l'est pas.
7) Déterminer (pour un réglage de vS sinusoïdale mais à la limite de la saturation) :
-
la puissance utile Pu absorbée par l'utilisation
-
la puissance Pg fournie par le générateur
-
la puissance Pa fournie par les deux alimentations continues. (On considérera que chaque
Vˆ
alimentation fournit un courant sinusoïdal mono-alternance d'amplitude S )
Ru
le rendement du montage . Quelle est l'origine des pertes ?
-
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TP 7 : Montages intégrateur et dérivateur
Objectifs du TP : utiliser un oscilloscope
- en mode bicourbe pour relever l'oscillogramme du signal de commande et la réponse d'un dérivateur ou d'un
intégrateur
- pour contrôler le bon fonctionnement de la fonction étudiée et délimiter son domaine de validité
A/ Montage dérivateur
1) Etude théorique du montage dérivateur. (rappels de cours)
a) Tracer le schéma du montage du dérivateur inverseur.
b) Rappeler la relation existant entre la tension d'entrée et la tension de sortie.
c) En régime sinusoïdal, déterminer la fonction de transfert T de ce montage, le module T de T et son
argument ainsi que le gain G en fonction de la pulsation.
2) Etude pratique
a) Câbler le montage et appliquer à l'entrée un signal triangulaire de fréquence f = 100 Hz et
d'amplitude 1V; R = 10k; C = 100 nF ; la valeur moyenne de ve doit être parfaitement nulle
Que constate t-on à chaque changement de pente de la tension d'entrée?
Pour remédier en partie à ce défaut, on rajoute en série avec le condensateur une résistance R' de faible
valeur. R' = 220
Relever les oscillogrammes obtenus.
Déterminer vS(t) théorique et le comparer avec le signal obtenu
b) On applique sur l'entrée une tension sinusoïdale de même fréquence. Dessiner et justifier la forme
du signal obtenu en sortie.
c) On applique en entrée un signal carré: relever et commenter la forme de la tension de sortie
B/ Montage intégrateur
1) Etude théorique du montage intégrateur
a) Dessiner le schéma du montage de l'intégrateur inverseur. (voir cours)
b) Rappeler la relation existant entre l'entrée et la sortie
a) En régime sinusoïdal, déterminer la fonction de transfert T de ce montage, le module et l’argument
de T ainsi que le gain G .
2) Etude pratique
Remarque: en pratique, la tension de décalage et le courant d'entrée i- du circuit intégré provoquent la
saturation de l'AIL. On remédie à ce défaut en rajoutant en parallèle sur le condensateur une résistance
R2 de forte valeur.
a) Câbler le montage avec R1 = 10k ; C = 100 nF ; R2 = 470k ; Rc = 10k
b) On applique en entrée du montage une tension carrée d'amplitude 1 V, de fréquence 1 kHz
Relever les oscillogrammes.
Déterminer vS(t) théorique et le comparer avec le signal obtenu.
c) On applique maintenant en entrée une tension sinusoïdale de même fréquence. Dessiner et justifier
la forme du signal obtenu en sortie.
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T.P. 8 : fonction multiplication
Objectifs du TP : câbler à partir d'un schéma et du brochage du composant un montage mettant en œuvre un multiplieur
analogique
A) Principe de base
Le multiplieur est un circuit dont la tension de sortie est
proportionnelle au produit des tensions d'entrée
soit
us = K.u1.u2
avec K en V-1
u1. u 2
ou encore
avec U0 en volts
us 
U0
B) Présentation du composant utilisé
u1
X
W
us
u2 Y
On utilise pour ce TP le circuit intégré AD633
Y2
Y1
-Vcc Z
On a us 
X2
W
X1
+Vcc
(uX 1  uX 2).(uY 1  uY 2)
 uZ
U0
(2 entrées différentielles)
Utilisation du composant en multiplieur simple (2 entrées avec référence à la masse) :
u2
u1
+15V
Y2
Y1
X2
X1
10 ou 22 k
-Vcc Z
W
-15V
+Vcc
u1
+15V
-15V
us
C) Tracé de la fonction de transfert [à faire si l’on a le temps, après le D)]
1) Principe : on fixe la valeur de u1, et on relève us pour différentes valeur de u2 positives ou négatives.
(Prendre 5 valeurs différentes de u2 au maximum)
Faire un tableau pour u1 = 5V; u1 = 10V; u1 = -5V ; u1 = -10V
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2) Tracer les caractéristiques et vérifier que la valeur de U0 est égale à 10 V
us
10V
u2
-10V
0
10V
-10V
D) Exemple d’utilisation : le multiplieur de fréquence. Montage réalisé :
M
X1
C
W
Rappel sur les notations :
Y1
ue1
us1
R
us2
u : valeur instantanée
Û : amplitude ou valeur max.
U : valeur efficace
1) Etude en régime harmonique:
Le signal d'entrée du multiplieur est une tension purement sinusoïdale :
ue1(t) = Ûe1. sin(.t) = Ue1 2 . sin(.t)
a) La cellule RC n'est pas branchée. Pour f = 1kHz, mesurer Ue1 au voltmètre et ajuster cette valeur à
3,16V. (Vérifier que la valeur moyenne de la tension est bien nulle, si nécessaire ajuster l’offset)
Relever les oscillogrammes des tensions ue1 et us1.
b) Mesurer les caractéristiques de la tension us1: fréquence, valeur moyenne, valeur efficace de la
composante alternative.
c) Démontrer que l’expression de us1(t) est us1(t) = 1 – cos (2t).
D’après cette expression justifier les valeurs obtenues au b)
d) Adjoindre la cellule RC. Calculer R pour que la fréquence de coupure à -3dB soit
fc = 15,9Hz quand la valeur de la capacité du condensateur est C = 1F.
e) Relever les oscillogrammes des tensions ue1, us1, us2
f) Mesurer les caractéristiques de la tension us2: fréquence, valeur mini, maxi, moyenne, efficace.
g) Donner l'expression de us2 en fonction du temps. Quel est le rôle du filtre ?
2) Influence d'une composante continue. Au signal d'entrée précédemment utilisé, on rajoute une
composante continue E1 (offset).
a) Déterminer l'expression littérale de us1.
b) Pour E1 = 2V, relever les oscillogrammes de ue1, us1, us2. La tension us2 est elle sinusoïdale ?
c) Comment filtrer us1 pour que us2 soit sinusoïdale ?
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T.P. 9 : Comparateurs
Objectifs du TP : utiliser un oscilloscope (T9 T10 T11)
- en mode bicourbe pour relever l'oscillogramme du signal de commande et la réponse d'un comparateur
- en mode XY pour relever le cyclogramme d'un comparateur en repérant le sens de parcours
- distinguer un comparateur à un seuil d'un comparateur à deux seuils
- déterminer les seuils du comparateur
- observer que le changement d'état de saturation, pour un AIL, prend un certain temps, qu'on peut mesurer
A) Comparateurs à un seuil:
-
1- Comparateur simple
+
ue
us
ue est une tension triangulaire alternative de fréquence f = 100Hz, de
valeur moyenne nulle et de valeur maximum 1V.
a) Représenter les oscillogrammes de ue(t) (voie Y1) et de us(t) (voie Y2), puis visualiser us = f(ue).
Notez les tensions de saturation de l'AIL utilisé. Quel est le rapport cyclique de us(t) ?
b) Justifier les courbes obtenues.
c) Observer le retard au changement d'état quand la fréquence commence à être élevée (1 kHz par
exemple). Mesurer le "slew rate" us/t ou vitesse de changement d'état en volts par
microseconde.
2- Comparateur simple avec décalage
-
Rajouter une tension E de décalage
(Réglable et telle que -Vcc < E < +Vcc)
Maintenant ue a une tension maximum de 5V.
a) Représenter ue(t), us(t) puis us = f(ue) pour E = 2V et E = -2V.
(relever le rapport cyclique). Que devient us si E = 6V ?
b) Justifier les courbes obtenues.
+
ue
E
us
N.B. Pour obtenir une tension E continue variable entre -15 et +15 V il suffit de brancher un
potentiomètre entre les deux alimentations, conformément au schéma suivant :
+15V
10 k
E
-15V
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-
B) Comparateur à hystérésis (à deux seuils)
R1

+
R2
1) Comparateur à hystérésis simple
ue
us
e+
a) Etude théorique:
On cherche à déterminer l’expression des deux seuils de basculement.



Exprimer la tension e+ en fonction de ue, us, R1, R2
Pour quelle valeur de e+ a t-on un basculement de us ?
On choisit ue suffisamment négative pour avoir e+ < 0
Quel est le signe de , que vaut us ?
La tension ue évoluant par valeurs croissantes, la valeur de ue qui fait basculer us est le premier
seuil de basculement. (V1) Connaissant la valeur de us avant le basculement, en déduire V1
 La tension ue évoluant par valeurs décroissantes, que vaut us avant le deuxième basculement ?
En déduire le seuil de basculement V2.
Application numérique : R1 = 2,2 k.
Calculer R2 pour avoir des tensions de basculement égales à -2V et 2V.
b) Câbler le montage ; ue a une tension maximum de 5V.
Représenter ue(t), us(t) et us = f(ue).



Flécher le sens de parcourt du cycle (En se plaçant à très basse fréquence, 1 Hz par exemple ou
moins, il est possible de visualiser le sens par le spot de l’oscilloscope)
Mesurer la largeur du cycle d’hystérésis, comparer avec la valeur théorique.
Si ue a une valeur maximum de 1V, que devient us ? En déduire l'intérêt pratique de ce
comparateur.
2) Comparateur à hystérésis avec décalage
-
On désire obtenir un cycle de 4 V de large et centré
sur 3V dans la représentation us = f(ue)
R1
+
E
ue
e+
us
R2
Observer quelle est l’influence de E sur le cycle. Ajuster E et relever sa valeur.
Retrouver la valeur de E par un calcul théorique
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C) Comparateur à circuits logiques CMOS
1) comparateur simple réalisé à partir d’inverseurs
Circuit 4011 :
quadruple porte ET-NON (NAND)
Boîtier 14 broches
1A
1
1B
3
1Y
4
2Y
VDD Broche 14
2
VSS Broche 7
2A
5
2B
6
3A
8
3Y
3B
10
9
4A
12
4Y
4B
11
Y  A. B
13
Montage pour le relevé de la caractéristique de transfert :
v
DD
&
v
ve
vs
SS
a) Relever les variations de vs en fonction de ve, pour ve variant de 0 à VDD ( VDD = 10 V )
b) En déduire le fonctionnement de ce circuit en tant que comparateur
c) Vérifier les limites de ce fonctionnement quand la fréquence augmente.
2) Comparateur à deux seuils
R2
R1

ve

v1
R1 = 10 k
v2
vs
; R2 =
a) mettre expérimentalement en évidence les deux seuils de ce comparateur
b) Comparer ces résultats à ceux du calcul.
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TP 10 : Temporisation par bascule monostable
Objectifs du TP : R3 R4 R8 R9 T3 T5 T9
 réaliser un générateur d'impulsions
 utiliser un oscilloscope
- pour visualiser et relever plus de deux signaux en même temps
- pour mesurer des durées
- pour repérer les conditions de bon fonctionnement du circuit monostable
1. DEFINITION
1.1 Temporisation:
Après apparition d'un front actif du signal de commande, la sortie bascule dans un état dit "instable",
de durée  bien déterminée.
ve
vs
1.2 Circuits monostables:
Ils fonctionnent en commutation (Régime non linéaire).
Ils possèdent un état dit "stable" ou de repos: Cet état peut durer indéfiniment.
L'état instable apparaît si l'on applique un signal d'entrée convenable : La durée de l'état instable est
constante et bien déterminée : c'est la caractéristique principale du monostable.
Exemples d'application : minuterie d'éclairage, photographie (durée d'exposition), temporisation, mise
en forme, tachymètre (conversion fréquence-tension).
2. MONOSTABLE A PORTES NAND CMOS
2.1 Montage:
uc
a) Monostable
&
1
R = 10k; R2 = 100k et C = 100nF.
ve
C
us
1
R2
iR
R
&
2
us2
ue2
1A
1
1B
3
1Y
4
2Y
2
VSS Broche 7
2A
5
2B
6
VDD : 10 V
3A
8
3B
VDD Broche 14
3Y
VSS : masse
10
9
circuit 4011
4A
12
4B
4Y
11
13
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b) Générateur d'impulsion:
Proposer une solution permettant de réaliser la tension ve(t) en utilisant le GBF, la source de
tension continue Vdd, une résistance R', un condensateur de capacité C' et une diode.
On adoptera R'=10k et C'=10nF.
2.2 Travail expérimental :
a) Réaliser le générateur d’impulsions et valider la forme de la tension ve(t) (niveaux, durée)
Réaliser le montage complet.
b) A l'état stable (en l'absence d'impulsion de commande et pour ve = Vdd), mesurer les valeurs de us1,
us2, ue2 et uc.
c) Basculement à l'état instable:
Appliquer l'impulsion de commande ( f = 100Hz)
Augmenter progressivement l'amplitude de l'impulsion à partir de zéro.
Déterminer à partir de quelle valeur le monostable. bascule.
d) Relever (avec soin) en concordance de temps (feuille quadrillée 5x5) les chronogrammes de ve(t),
us1(t) ue2(t), us2(t) en synchronisant sur un front descendant de l’impulsion ve(t).
Visualiser également, à l’aide du menu MATH uc(t) en concordance de temps avec us1(t) et ue2(t)
e) Mesurer la durée  de l'état instable de us2(t).
f) Mesurer la durée de récupération Tr qui sépare la fin de la temporisation et le retour au régime
permanent du circuit RC.
g) Augmenter la fréquence des impulsions de commande: A partir de quelle fréquence, fmax,  n'est-il
plus constant?
2.3 Exploitation des résultats expérimentaux
a) Retrouver théoriquement les valeurs de ve(t), us1(t) ue2(t), us2(t) à l’état stable.
b) Expliquer l'origine et la valeur de l’amplitude de l'impulsion de ve au delà de laquelle le monostable
n'est plus déclenché.
c) Décrire une période de fonctionnement du monostable.
d) Déterminer et calculer la valeur théorique de  en fonction de Vth , seuil de basculement d’une porte
logique (Evaluer Vth à partir du chronogramme de ue2).
Comparer à la valeur expérimentale. Citer les diverses causes d'écart possibles.
e) Justifier la valeur de fmax à partir des valeurs expérimentales de la durée de récupération Tr et de la
durée de l’état instable .
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T.P. 11 : Optoélectronique, photocoupleurs.
Objectifs : R3 R4 T2 T6 T7 T9 T11
105
109
6.1011
4.1014
7,5.1014
3.1016
f (Hz)
A. Généralités
1) La lumière.
Ondes radio, micro-ondes infrarouge
visible
ultraviolet
 (m)
0,3
0,5.10-3
0,8.10-6
0,4.10-6
10.10-9
rayons X
Elle est composée d'ondes électromagnétiques (comme les ondes hertziennes ou les rayons X ou ), de vitesse
(appelée aussi célérité) c = 3.108 m/s, de fréquence f, dont la longueur d'onde (distance parcourue dans le vide
pendant une période T) est :
  c.T 
c
en mètres avec f en Hz
f
- pour le visible :  entre 0,4 (violet) et 0,8 µm (rouge), f entre 4 et 7,5.1014 Hz
- pour l'infrarouge :  entre 0,8 et 500 µm (limite des "micro-ondes" ou ondes millimétriques)
- pour l'ultraviolet :  entre 0,01 et 0,4 µm
2) Emetteurs de lumière
a) Grandeur photométrique : flux lumineux ou puissance émise par une source lumineuse :
 en lumen (lm).
b) Diode électroluminescente : (DEL ou LED) semi-conducteur (ex. GaAs, GaP)
constitué d'une jonction PN polarisée en direct. La valeur de la tension de seuil
dépend de sa constitution, et de la couleur de la lumière émise. (de 1 à 2 V).
 est proportionnel environ à l'intensité du courant qui la traverse.
c) Diode laser : constituée d'une jonction PN dont la région active forme une cavité
électromagnétique résonnante (correspondant à la fréquence de la lumière émise).
La lumière émise est de forte intensité et cohérente (possibilité de la diriger en un
pinceau lumineux très fin et monochromatique).
3) Récepteurs de lumière
a) Grandeur photométrique :
éclairement ou puissance reçue par unité de surface, E 

en lux
S
(mesuré au luxmètre)
b) Récepteurs passifs :
- Photorésistances (LDR : light dependant resistor) : la conductivité d'un
semi conducteur augmente quand on lui apporte de l'énergie, en particulier
de l'énergie lumineuse. Sa constitution détermine la couleur pour laquelle il
est le plus sensible (CdS : jaune, CdSe : rouge, PbS : infrarouge).
- Photodiode : une jonction PN polarisée en inverse aura une conduction par
porteurs minoritaires qui augmente quand elle reçoit de l'énergie, en
particulier lumineuse : l'intensité du courant inverse est proportionnel à
l'éclairement.
- Phototransistor : la jonction base-collecteur polarisée en inverse est
sensible à l'éclairement et le transistor conduit d'autant plus que la lumière
absorbée est intense (dans une gamme de couleurs prédéfinie).
- Photocoupleur (ou optocoupleur) : il est constitués d'une DEL et d'un
phototransistor dans le même boîtier, de sorte qu'il permette une isolation
galvanique entre le circuit d'entrée qui alimente la DEL, et le circuit de
sortie qui alimente le phototransistor.
c) Récepteurs actifs :
- Photopile : générateur constitué d'une jonction PN éclairée.
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4) Supports de transmission.
Exemple : fibre optique. Elle est formée d'une double fibre de verre (cœur + gaine) telle que les
rayons lumineux émis ne peuvent s'en échapper (réflexion totale). Ils sont absorbés par un récepteur
à l'autre extrémité.
B. Etude d'un photocoupleur (permet la fonction « isolation galvanique »)
Un optocoupleur (ou photocoupleur) est composé de deux éléments :
- Une diode électroluminescente (D) qui émet un rayonnement lumineux lorsqu'elle est parcourue par un
courant.
- Un phototransistor (T) qui devient passant sous l'effet du rayonnement de la diode.
Le circuit utilisé est un CNX 35 (figure 1)
1. TRANSFERT EN COURANT DE L'OPTOCOUPLEUR
A l'aide de l'oscilloscope, on désire tracer la caractéristique de transfert en courant iT = f(iD) .
Pour cela on applique sur la voie horizontale (X) la tension VRD proportionnelle à iD (VRD = RD. iD ) et
sur la voie verticale (Y) la tension VRE proportionnelle à iT (VRE = RE .iT).
La tension d'entrée vDD sera variable: triangulaire positive 0 / 4V et de fréquence 50 Hz.
Mettre l'oscilloscope (menu/affichage) en mode X Y (Y1 en X, Y2 en Y). Vérifier le zéro (position origine).
Réaliser le montage de la figure 2.
RE = RD = 330 . Vcc = 5 V.
1.1. : Relever la caractéristique iT = f(iD)
(préciser les échelles)
1.2 : La caractéristique est assimilable à une droite analogue à celle d'un transistor bipolaire (iC = .iB) En
déduire un ordre de grandeur de la valeur du coefficient de transfert en courant k = iT / iD de l'optocoupleur.
2. ETUDE DE L 'OPTOCOUPLEUR EN REGIME DE COMMUTATION
Réaliser le montage de la figure 3 . vDD(t) est une tension en créneaux positifs 0/5 V, de fréquence: 50 Hz .
RD = 330. , Rc = 5,6 k .
2.1 : On veut relever simultanément à l'oscilloscope vDD(t) et vCE(t) .
Indiquer sur la figure 3 les branchements à effectuer
2.2 : Relever en concordance de temps vDD(t) et vCE(t).
2.3 : Mesurer VCEsat en réglant convenablement la sensibilité verticale de l'oscilloscope, et déterminer
de même la tension de seuil de D .
2.4 : Déterminer les valeurs de iT et iD lorsque le transistor est saturé
2.5 : La fréquence de vDD(t) est maintenant de 2kHz .Evaluer le temps de fermeture (temps nécessaire pour
passer de l'état bloqué à l'état saturé) de l'optocoupleur ainsi que le temps d'ouverture (temps nécessaire pour
passer de l'état saturé à l'état bloqué) .
+VCC
CNX 35
iD
1
6
2
5
3
4
iT +VCC
Y1
Y2
RC
RD
vDD
vDD
vRD
Figure 1
[email protected]
RD RE
Figure 2
vRE
D
vCE
Figure 3
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T.P. 12 : conversion numérique-analogique et analogique-numérique
Objectifs du TP :
- T3, R7, R9
A. Fonction conversion numérique-analogique (CNA à résistances pondérées)
1) Etude statique du convertisseur 8 bits
V0
/
N
Vref = 5 V
On branche une alimentation continue 12 volts à la carte autonome CAN CNA Electrome
Appuyer sur RAZ après tout changement de réglage.
a) Tracé de la caractéristique de transfert us = f(N) en fonctionnement 4 bits
Entrée : (N)2 = a3 a2 a1 a0 avec le commutateur de mode sur « BP » (boutons poussoirs)
(N)10 = (23a3 + 22a2 + 21a1 + 20a0)
Sortie analogique : us mesuré au voltmètre (avec le maximum de précision)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
(N)16
(N)2
us (V)
Remarque : seul le quartet de poids fort est utilisé, le quartet de poids faible étant à 0000

Sous Regressi, relever dans un tableau et représenter graphiquement les valeurs de us ainsi
que les variations d us / dN obtenues lorsque les bits a3 a2 a1 a0 passent graduellement de la
combinaison 0000 à la combinaison 1111.
La fonction us = f(N) est-elle linéaire ? Trouver sous Regressi l’équation de cette courbe sous la
forme us = a.N + b (= modélisation par le bouton « modèle prédéfini »)
En déduire le quantum q en volts de ce convertisseur 4 bits. Que représente le coefficient b de
l’équation précédente ?
b) En déduire les autres grandeurs caractéristiques du CNA : valeur pleine échelle, le nombre de
combinaisons possibles, la résolution numérique.
c) En fonctionnement 8 bits, déterminer quantum , valeur pleine échelle, le nombre de
combinaisons possibles, la résolution numérique.
2) Etude dynamique du convertisseur
a) Visualisation de la caractéristique us = f(N) à l’aide d’un signal en dents de scie de 16
créneaux.
Le commutateur de mode est réglé sur « / » (rampe) et le commutateur d’horloge sur « Per. » (permanent)
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Relever l'oscillogramme quantifié de us.
A quoi correspond la tension de la marche la plus haute ?
A quoi correspond la hauteur de chaque marche ?
A quoi correspond la largeur de chaque marche ?
b) Visualisation de la caractéristique us = f(N) à l’aide d’un signal en dents de scie de 256
créneaux
A quel cas cela correspond-il ? La conversion est-elle meilleure que précédemment ? Pourquoi ?
Au détriment de quelle autre grandeur ?
B. Fonction conversion analogique-numérique (CAN simple rampe)
Schéma fonctionnel (n = 4 bits)
a0
a1
a2
a3
 /#
ve
N
La rampe est obtenue par incrémentation du CNA dont l’entrée est un compteur 4 ou 8 bits
a) Tracé de la caractéristique de transfert N = f(ve) en fonctionnement 4 bits
Entrée analogique : ve continue mesurée au voltmètre, obtenue avec la 2ème alimentation stabilisée
Sortie : (N)2 = a3 a2 a1 a0
(N)10 = (23a3 + 22a2 + 21a1 + 20a0)

branchements : GBF sur l’entrée – du comparateur, sortie analogique sur l’entrée + du
comparateur, sortie du comparateur reliée à l’entrée « blocage ».
 réglages : le commutateur de mode sur « / » (rampe) et le commutateur d’horloge sur
« 1 conv » (conversion unique)
La conversion démarre après appui sur la touche « départ »
On relèvera les valeurs de ve à partir desquelles la sortie est incrémentée de 1 (on remarquera une
certaine indétermination)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
ve (V)
minimum
(N)2
quartet de
poids fort
En déduire, pour le CAN, la résolution et la valeur pleine échelle.
b) Visualisation de l’entrée – du comparateur (simple rampe) en fonctionnement 4 et 8 bits pour
une tension d’entrée analogique issue du GBF continue (offset 3 V ; valeur crête à crête 0 V) ou
sinusoïdale (offset 2,5 V ; valeur crête à crête 5 V, fréq. 50 Hz). Comparer les conversions 4 et 8 bits.
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T.P. 13 : le hacheur et sa commande.
(2ème évaluation du bac. STI 1996)
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31
T.P. 13 : hacheur et moteur à courant continu.
Le moteur à courant continu "Didalab" est alimenté par un hacheur dont la commande (générateur de
signaux rectangulaires de fréquence et de rapport cyclique variable) est organisée autour d'un circuit
comparateur LM 311 :
R4
D2
Rapport cyclique
P2
R3
D1
+ Vp
R5
R1
-
B1
LM311 +
+
R2
C1
R6
P1
fréquence
-Vn
R1 = R2 = 22 k
;
P1 = 470 k ;
P2 = 220 k ;
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R3 = R4 = R6 =1 k ;
R5 = 470 
;
C1 = 4,7 nF
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32
Le hacheur proprement dit a la structure suivante :
A
D3
R10
R8
J
iM
C1
M
R9
P
vPJ
C
+ Vp
R7
B1
T1
15 V
- Vn
i
M
R7 = 1 k
;
transistor Darlington NPN) : TIP 121
Le moteur est branché entre les bornes P et J, l'alimentation continue (15 V) entre P (+Vp) et M (-Vn)
Les résistances R8 = R9 = R10 = 1  seront court-circuitées, sauf pour visualiser les courants.
Travail à effectuer :
A. Observer en B1 le signal généré par l’astable de commande en faisant varier les potentiomètres P1
ou P2. Régler la fréquence à 1 kHz.
B. En fonction du rapport cyclique  (variant entre 0 et 1) de la tension vPJ aux bornes du moteur1,
établir un tableau (à f = 1 kHz) avec :
1) la valeur moyenne de vPJ (notée V)
2) la fréquence de rotation à vide n (en tr/min) du moteur.
Tracer la représentation graphique de la relation qui lie n à V = <vPJ> et déterminer l'équation de la
droite moyenne. Que représente l'intersection de la droite avec l'axe des tensions ?
C. Relever à l'oscilloscope (quand  = 0,8) la courbe R8.iM = f(t) en concordance de temps avec vPJ
en précisant la méthode employée.
Observer les courbes quand la fréquence varie de 1 kHz à 5 kHz.
Expliquer le rôle de la diode. Conclure.
D. Dynamo tachymétrique. Trouver la relation :
Udyn = f (n)
1
on peut avoir intérêt, pour des raisons de stabilité, à brancher la masse de l'oscilloscope en P et observer en voie 2
inversée
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T.P. 14 : génération de signaux non sinusoïdaux :
horloges, multivibrateurs
Objectifs du TP :
 Réaliser le montage et utiliser un oscilloscope pour
- visualiser et relever plus de deux signaux en concordance de temps T3
- déterminer : période, rapport cyclique, durées T9
- visualiser une tension sans point de référence accessible T5
A. Montage astable à portes CMOS
Circuit 4011 :
quadruple porte ET-NON (NAND)
Boîtier 14 broches
1A
1
1B
3
1Y
4
2Y
2
VDD Broche 14
VSS Broche 7
2A
5
2B
6
3A
8
3Y
3B
10
9
4A
12
4Y
4B
11
Y  A. B
13
Montage astable :
R = 22k ; C = 10nF ; R1 = 470k ; VDD = 12 V
R
v
v
DD
DD
uc
R1
&
INV1
vA
vSS
&
INV2
C
vB
[email protected]
vD
vS
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34
1) Observer et relever les chronogrammes de vB, vD et vS et uc en concordance de temps
Expliquer comment obtenir uc.
Expliquer comment obtenir les signaux en concordance de temps.
Mesurer la période Texp du signal vS.
2) Analyse théorique du fonctionnement
a) En supposant que la sortie de la porte 2 bascule de 0V à VDD à l'instant t = 0, déterminer à
l'instant t = 0- (donc juste avant le basculement) les tension vS, vB, vD, uc
Phase 1 :
b) Exprimer juste après le basculement donc à t = 0+ les tension vS, vB, vD, uc
Rappel: la tension aux bornes du condensateur ne peut pas subir de discontinuité.
c) Comment évolue la tension vD après le basculement ? Préciser les valeurs à l'état initial et à
l'infini de cette évolution. Ecrire l'équation différentielle qui régit la tension uc (t).
Phase 2 :
d) Le basculement suivant se produit à l'instant t1. Exprimer les tensions vS, vB, vD à l'instant t1- et à
l'instant t1+
Déterminer l'expression de t1 en fonction de R et C
e) Quelle est l'évolution de vD après t1
f) Le basculement suivant a lieu à l'instant t2; Pour quelle valeur de vD a t-il lieu ?
Exprimer t2 - t1 en fonction de R et C.
g) Déterminer l'expression théorique de la période Tth
3) Comparer Tth à Texp ; identifier, les phases 1 et 2 sur les chronogrammes
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B. Montage astable à AIL
1. Comparateur à hystérésis
Vcc
-
Vcc = 15 V
+
Vsat = 14 V
-Vcc
R1
us
ue
R2
e+
a) Déterminer théoriquement l'expressions littérales des 2 seuils de basculement, de la largeur et du
milieu du cycle d'hystérésis.
Application numérique avec R1 = R2 = 10k
b) Tracer le cycle d’hystérésis us = f (ue)
c) Observer le cycle à l’oscilloscope.
2. Rappels sur le condensateur (circuits R-C)
ue sera une tension carrée de valeurs alternativement –5V et 5V, de fréquence 100Hz.
a) Réaliser le câblage et relever uc et ue
i
R
ue
C
uc
R = 4,7 k ; C = 100nF
b) Rappeler la relation entre i(t), uc(t) et C
c) Ecrire la loi des mailles dans le circuit
d) En déduire l'équation différentielle liant uc(t) à ue(t)
e) Déterminer l'équation de uc(t) pour chaque demi période. On admettra que uc est de la forme :
t 
uc  (Ui  Uf ). exp    Uf
 
avec  constante de temps du circuit RC
Ui : valeur initiale de uc
Uf : valeur finale que cherche à atteindre uc (valeur asymptotique)
f) Que se passe t-il pour uc si on diminue la période du signal d'entrée ?
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3. Montage astable:
1) Expérimentation : réaliser le montage suivant et relever us et uc.
Vcc
+
i
-Vcc
R1
us
R2
R = 4,7k
C = 100nF
R
C
uc
R1 = R2 = 10k
Un oscilloscope permet de visualiser la tension uc aux bornes du condensateur et la tension de sortie
du montage us
Vérifier que la période du signal obtenu vérifie la relation T  2 RC . ln( 1  2
R2
)
R1
2) Interprétation
Nous supposons le régime permanent établi et nous choisissons pour instant t = 0 celui où
us = +Vsat et uc = 0
a) Que se passe t-il pour le condensateur ?
b) De quel signe est le courant i ?
c) Pour quelle valeur de uc le comparateur va t-il basculer ?
d) Dans quel état se trouvera alors la sortie us ?
e) Que se passera t-il alors pour le condensateur ? Préciser la valeur initiale et la valeur finale de uc
f) De quel signe sera le courant i ?
g) Pour quelle valeur de uc le système va t-il à nouveau basculer ?
3) Etude théorique
Retrouver par calcul l'expression de la période T du signal de sortie
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C. Montage astable avec un circuit NE 555
Structure interne du NE 555 :
réinitialisation
alimentation 8
4
15V
5 k
R'
seuil
contrôle
6
5
+
_
10V
+
R
sortie
3
Q
5 k
+
déclenchement 2
5V
+
7
décharge
Q
S
_
5 k
masse
1
Vcc
Montage astable à NE 555 :
R1
4
8
7
Vcc = 15 V
R2
6
uc
3
2
us
1
1) Le transistor de décharge est bloqué (broche 7 "en l'air").
Comment évolue la tension uc aux bornes du condensateur ? Exprimer la constante de temps 1 ;
pour quelle valeur de uc se produit le basculement du circuit ?
2) Le transistor de décharge est saturé (broche 7 à la masse)
Comment évolue la tension uc aux bornes du condensateur ? Exprimer la constante de temps 2 ;
pour quelle valeur de uc se produit le basculement du circuit ?
3) Représenter les chronogrammes des tensions uc et us en concordance de temps
4) Exprimer la période T et le rapport cyclique  de us en fonction de R1, R2 et C.
On donne C = 22 nF. Calculer les valeurs à donner à R1et R2 pour que us ait une fréquence de 10 kHz
et un rapport cyclique de 0,8.
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T.P. 15 : génération d'oscillations quasi-sinusoïdales
Objectifs du TP :
- Effectuer les réglages pour obtenir des oscillations sinusoïdales:
- en boucle ouverte,
- en boucle fermée.
- Utiliser un oscilloscope pour :
- visualiser et relever les signaux générés,
- rechercher les limites de linéarités,
- mesurer un déphasage entre deux tensions,
- visualiser et relever la caractéristique d'un dipôle à résistance négative.
I. Structure d'un oscillateur harmonique
Les oscillateurs sont des systèmes en chaîne fermée (bouclés) dont la chaîne de retour apporte une
réaction positive.

E
S
H
+
+
R
K
Fonction de transfert du système bouclé en régime harmonique :
S
H
T 
E 1  H. K
S'il existe une fréquence unique f0 pour laquelle on a 1 - H.K = 0, le système devient instable et on
aura apparition spontanée d'oscillations, même en l'absence de signal à l'entrée.
On a alors le schéma fonctionnel suivant :
vs ou vr
K
ve
H
vs
Le critère d’oscillations sinusoïdales d’un montage modélisé ci-dessus est : H.K = 1
C’est une relation complexe, elle se traduit par 2 équations :
Arg (H.K) = 0
ou bien : Arg H = - Arg K
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et
H.K = 1
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II. Oscillateur à pont de Wien
K1
R
+
C
K2
u1
R2
C
u2
R
u3
R1
chaîne directe Q1 (H)
chaîne de retour Q2 (K)
R1 = 3,3 k ; R = 4,7 k ; C = 33 nF
1) Etude du montage en boucle ouverte : K2 fermé, K1 ouvert
a) Quadripôle Q2 (atténuateur passe bande) seul :
exprimer la transmittance K en fonction de R, C, , puis déterminer la fréquence f0 pour laquelle u2
et u3 sont en phase. En déduire la valeur K0 de K à la fréquence f0.
Vérifier expérimentalement ces résultats : rechercher la fréquence f0 pour laquelle u2 et u3 sont en
phase et mesurer la fréquence f0 ainsi que K0 .
b) Quadripôle Q1 (amplificateur) seul :
Pour obtenir une amplification H de Q1 qui compense exactement l'atténuation K0 de Q2 à la
fréquence f0, on prendra pour R2 l'association en série d'un résistor R'2 et d'un potentiomètre P2 de
telle sorte que H varie entre les valeurs 2 et 5. Déterminer R'2 et P2.
Réaliser Q1 et vérifier la plage de variations de H. Régler le potentiomètre pour que H = 1/K0.
c) Association de Q1 et Q2 (boucle ouverte) :
Le GBF fournit la tension u1 ; le branchement de Q2 à la sortie de Q1 modifie-t-il la tension u2 ?
Pourquoi ? Comparer les tensions u3 et u1 à la fréquence où u2 et u3 sont en phase.
2) Etude du circuit en boucle fermée : K2 ouvert, K1 fermé
Pour vérifier que les critères de la condition d'oscillation sont remplis, on déconnecte le GBF et on
ferme la boucle: Le montage doit osciller. (ajuster éventuellement le potentiomètre pour obtenir des
oscillations quasi sinusoïdales) ; mesurer la fréquence f0 de u2 ainsi que son amplitude.
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III. Oscillateur à circuit résonant parallèle
A) Etude expérimentale
Montage étudié
K1
R3
+
K2
u1
R2
C
u2
u3
L,r
R1
Q1
Q2
R1 = 1k ; R2 : potentiomètre de 10k ou boite à décades ; R3 = 10k ; C = 10 nF ; L = 1mH
Vcc = 15 V
1) Etude du montage en boucle ouverte : K2 fermé, K1 ouvert
a) Réglage de la fréquence
Déterminer la fréquence de résonance f0 de ce montage. Rappel: elle est obtenue lorsque u1 et u3 sont
en phase ; effectuer tout d'abord un balayage de fréquence et affiner en mode XY
b) Réglage de l'amplification
La fréquence étant réglée à f0, ajuster R2 de façon à avoir les amplitudes de u1 et de u3 identiques
(vérifier que u2 est bien sinusoïdale).
2) Etude du circuit en boucle fermée : K2 ouvert, K1 fermé
Pour vérifier que les critères de la condition d'oscillations sont remplis, on débranche le GBF et on
ferme la boucle: Le montage doit osciller. (ajuster éventuellement R2)
Mesurer f0 et relever la valeur minimale de R2 pour obtenir des oscillations quasi sinusoïdales.
B) Etude théorique
1) Transmittance de Q1
Déterminer la transmittance H en fonction de R1 et R2
2) Transmittance de Q2
a) Mesurer la résistance r de la bobine et calculer le facteur de qualité Q0 de la bobine à la
fréquence f0
b) Déterminer le modèle équivalent parallèle de la bobine : Lp, Rp
c) Déterminer la transmittance K
3) Traduire la condition d'oscillation
Déterminer les expressions littérales de f0 et de R2
Faire l'application numérique et comparer avec les valeurs expérimentales .
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IV. Oscillateur à résistance négative
Principe : un circuit RLC peut être le siège d'oscillations amorties, l'amortissement étant dû à la résistance. Si
on veut entretenir les oscillations, il faut compenser l'amortissement. En associant un circuit RLC et un dipôle
actif à résistance négative, on obtient alors des oscillations entretenues.
A) Dipôle actif à résistance négative
R3
Etude théorique
(l'AIL fonctionne en régime linéaire)
u
1) Exprimer la résistance d'entrée Re 
en fonction de R1, R2, R3
i
2) Déterminer la limite du fonctionnement linéaire umax et imax
3) Tracer la caractéristique théorique u = f(i) du dipôle
i A
+
u
R2
i1
R1
B
Etude expérimentale
R1 = 470 ; R2 = R3 = 10 k.
Tracer le schéma d'un dispositif qui permet de relever à l'oscilloscope (en mode XY) la caractéristique
u = f(i) du dipôle AB. Effectuer le relevé de cette caractéristique 
B) Oscillateur
R3
L, r
C
+

u
R2
us
R1
L = 1mH
C = 1F  = 47 R2 = R3 = 10k
R1 potentiomètre de 100 ou boites à décades
1) Mesures
Ajuster la résistance R1 de façon à obtenir des oscillations sinusoïdales
Mesurer la fréquence des oscillations obtenues.
Mesurer (relever) la valeur de R1, mesurer la résistance interne r de la bobine.
Trouver une relation entre R1 , r et 
2) Analyse du fonctionnement
a) Redessiner le montage en remplaçant le dipôle à résistance négative par son modèle : une
résistance (-Rn). Compte tenu que R2 = R3 que vaut Rn ? (voir l'étude théorique)
b) On considère que des oscillations sont entretenues dans ce montage dès lors que la puissance
réactive totale XI² est nulle, et aussi que la puissance active est nulle (la puissance consommée par
effet Joule est compensée par la puissance apportée par le dipôle actif à résistance négative).
En déduire la relation entre R1 , r et , et calculer la valeur de 0 et de f0 ; comparer avec les
valeurs expérimentales.
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T.P. 12 : conversion numérique-analogique
Objectifs du TP :
- T3, R7, R9
3) Etude statique du convertisseur 8 bits (DAC 0808 ; MC 1408)
/
N
V0
Vdd = Vref = 5 V ; Vcc = - Vee = 15 V
Vdd
R14
13
N
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
5
6
Vref
14
R15
7
8
15
9
2
R
10
11
4
12
_
3
+
16
+
V0
Vee
C
conversion courant/tension
a1, a2, a3,… sont les valeurs logiques des entrées A1, A2, A3,…
1.1. Réaliser le montage en prenant R = R14 = 5 kdeux résistances de 10 k en dérivation).
Porter les entrées A3 A4 A5 A6 A7 à la masse. Sous Regressi, relever dans un tableau et représenter
graphiquement les valeurs de V0 ainsi que les variations dV0/dN obtenues lorsque les bits a0 a1 a2
passent graduellement de la combinaison 111 à la combinaison 000 (niveau 0 à la masse, niveau 1
à Vdd).
La fonction Vo = f(N) est-elle linéaire ? Trouver sous Regressi l’équation de cette courbe sous la
forme V0 = a.N + b (= modélisation par le bouton « modèle prédéfini »)
En déduire l'entrée correspondante au bit de poids le plus élevé (MSB) et la résolution q en volts de
ce convertisseur 3 bits. Que représente le coefficient b de l’équation précédente ?
 Sachant que, dans les conditions du 1.1.,
a
a 
a
V0 est pratiquement de la forme : V0  k ' ( N )10  k  0  12  23 
2 
 2 2
les ai pouvant prendre la valeur 0 ou 1, calculer les différentes valeurs de k correspondant aux
différentes mesures effectuées. Conclure.

 On place toutes les entrées à Vdd.
a) avec R = 5 k, tracer la courbe V0 = f (R14) pour R14 variant de 5 à 10 k. Peut-on modéliser
cette courbe ?
b) En créant une nouvelle variable G14 = 1/R14 tracer la courbe V0 = f (G14). Trouver son équation.
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R
 7 a 
V0 max   i i 1 
R14
 i 0 2 
déduire du tracé précédent la valeur expérimentale de V0max et la comparer à Vref.
c) Sachant que l'on peut appliquer la relation : V0 
4) Etude du compteur binaire 4024 (sur 3 bits)
On applique en CK un signal carré de fréquence 1 kz évoluant entre 0 et 5 V
2.1. Relever en concordance de temps les oscillogrammes quantifiés de l'horloge CK et des sorties Q0
Q1 Q2 du compteur (on choisira une échelle permettant de tracer au minimum une période du signal de
plus faible fréquence).
2.2. Indiquer sur ces oscillogrammes les mots binaires de 3 bits que l'on peut former à partir des
différents états de Q2 Q1 Q0
5) Etude dynamique du convertisseur
Pour un signal d'horloge de 1 kHz (0/5V) relier respectivement les sorties Q0 Q1 Q2 du compteur aux
entrées A0 A1 A2 du CNA dont les autres entrées seront reliées à la masse.
3.1.
Relever l'oscillogramme quantifié de V0.
A quoi correspond la tension de la marche la plus haute ?
A quoi correspond la hauteur de chaque marche ?
A quoi correspond la largeur de chaque marche ?
Comparer à l'horloge
3.2.
Mesurer la fréquence limite de fonctionnement.
Quel est le circuit limitant l'utilisation du montage ?
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T.P. 18 : Analyse et synthèse de signaux périodiques.
Objectifs : relever le spectre d'un signal périodique.
1- Description de la maquette
La maquette est prévue pour un signal d'entrée v(t) périodique de fréquence 170Hz.
L'ensemble des filtres sélectifs : n°1,..., 7 accordés respectivement sur le fondamental f0 et les
harmoniques, permet d'extraire les composantes sinusoïdales de v(t) jusqu'à l'harmonique de rang 7.
Les signaux obtenus sont disponibles aux sorties : H1,..., H7.
Un bloc d'interrupteurs permet d'appliquer les tensions v1,..., v7 sur les entrées d'un sommateur et
d'obtenir un signal synthétisé vs.
Filtre 1 : f0
H1
f0 = 170 Hz
H2
Filtre 2: 2f0
bloc d'interrupteurs
v1
Filtre 3: 3f0
H3
vs
v
H4
Adaptateur
d'impédance
sommateur
Filtre 4: 4f0
H5
Filtre 5: 5f0
v7
H6
Filtre 6: 6f0
H7
Filtre 7: 7f0
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2- Etude de l'amplificateur sélectif
R1
C
C
R2

_
ue
45
R
+
+
us
Réponse en fréquence de l'amplificateur sélectif à R fixée
2.1. Etude théorique
En supposant l'A.I.L. idéal, montrer que la transmittance en régime harmonique est:
T
avec
Us
Ue
 T0 .
T0  
1
1  jQ0 (
R2
2R1
 0
 )
0 
Q0 
1 R2
2 R'
02 
1
R ' R2 C ²
en posant :
Montrer que la bande passante à -3dB est B =
,
;zR2c
A.N. : R=I0kO, calculer numériquement : fo ; To ; Qo : B à -3dB,
2-2 Expérimentation
Relever expérimentalement en utilisant des échelles linéaires le module de T en fonction de la fréquence,
Préciser sur cette courbe : To , fo ainsi que les fréquences de coupure à -3dB.
Justifier les écarts éventuels entre les résultats expérimentaux et les résultats théoriques,
3-Etalonnage des 7 amplificateurs sélectifs de la maquette.
3-1 Déterminer les valeurs théoriques de R pour différentes fréquences d'accord fo
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filtre 1 2 3 4 5 6 7
f0(Hz) 170 340 510 680 850 1020 1190 .
R(kO)
3-2 Etalonner chaque fIltre après avoir précisé la méthode expérimentale utilisée pour fixer f0 sur une valeur donnée.
3-3 Relever expérimentalement To il la fréquence d'accord pour chaque filtre
4- Analyse et sYnthèse d'une tension v périodique
v(t) est une tension périodique carrée de fréquence 170Hz appliquée à l'entrée de la maquette.
4-1 Décomposition harmonique d'un signal carré de fréquence f
1er harmonique
ou fondamental
4-2 Etude expérimentale
3ème harmonique
Relever le signal d'entrée v(t) et les signaux de sorties des filtres 1,3,5,7 dans le même cadre. Que peut-on dire des
sorties: v2, v4, v6?
Mesurer les amplitudes des harmoniques .Comparer aux prévisions.
Appliquer l'ensemble des sorties des 7 filtres au sommateur et relever ve(t) et vs(t) en concordance temporelle.
Quelques explications simples peuvent justifier les nombreuses différences.
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Réaliser le montage ci-dessus
a) Polarisation du transistor
La tension d'alimentation Vcc est choisie égale à 30V
En l'absence d'une tension sinusoïdale d'entrée, le potentiomètre Rp est réglé à une valeur permettant
l'obtention du point de repos S0
b) Régime variable
Le réglage précédent est conservé
On applique une tension sinusoïdale de faible amplitude en entrée
Observer ue et vce en concordance temporelle
Mesure de la résistance d'entrée
Y1
Y2 Utilisation
Amplificateur
Is
R
ue
u1
Re
Us
Ru
Mesure de la résistance de sortie
u1 est une tension sinusoïdale telle que us soit également sinusoïdale
On mesure à l'oscilloscope l'amplitude de la tension de sortie pour
Amplificateur à vide
Amplificateur en charge
Y
Amplificateur
Source
Us0
u1
ue
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Rs
us
R
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Référentiel des savoir faire expérimentaux
N°
1
Énoncé des savoir faire expérimentaux
Câbler un circuit électrique en respectant les consignes de sécurité et de clarté.
2
Maîtrise de l’emploi élémentaire des appareils de mesure (oscilloscope,
multimètre)
Savoir évaluer l’influence des appareils de mesure sur la mesure elle-même.
3
4
5
Rendre un résultat de la mesure compatible avec la précision des appareils de
mesure utilisés.
Mesure d’une durée, mesure d’un temps de montée
6
Déterminer l’impédance d’un dipôle passif linéaire en régime alternatif sinusoïdal.
7
Mesurer des puissances.
8
Mesurer une constante de temps.
9
Effectuer des mesures sur un dipôle actif pour en proposer un modèle équivalent
de Thévenin ou de Norton en régime alternatif sinusoïdal (préciser le domaine de
validité du modèle).
Mesure d’un déphasage en grandeur et en signe en mode bicourbe et en mode XY
pour repérer une concordance ou une opposition de phase.
Relever des oscillogrammes en faisant figurer les grandeurs représentées, les
unités, les échelles et les coordonnées des points remarquables.
Relever plus de deux oscillogrammes en respectant la concordance des temps.
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Savoir utiliser correctement le déclenchement de l’oscilloscope (voie, front,
niveau) et éventuellement le retard au déclenchement.
Mesure de valeur moyenne ou efficace.
Visualiser et analyser la composante alternative d’un signal (forme d’onde,
fréquence, valeur crête à crête, valeur efficace).
Visualiser un signal non référencé par rapport à la terre. (utilisation de la touche
ADD de l'oscilloscope, d'une sonde différentielle, d'un transformateur d'isolement
en sortie du GBF)
Mesure d’un rapport cyclique.
Relevé de la caractéristique |T|(f) ou G(logf) pour un quadripôle linéaire.
(Balayage rapide fréquence, fréquences de coupure à -3dB)
Utilisation de l’oscilloscope en mode XY pour relever la caractéristique de
transfert d’un quadripôle (comparateur, amplificateur...)
Mesure des résistances d’entrée et de sortie d’un quadripôle fonctionnant en
régime linéaire alternatif sinusoïdal.
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C. Rappels sur différentes méthodes de mesure
1) réglage de l'oscilloscope et du GBF
A partir du signal précédent vDD (créneaux positifs d'amplitude 5 V, de fréquence 2 kHz), vérifier :
a)
b)

c)
d)
calibrage et références de l'oscilloscope :
entrée voie 1 (Y1) : CAL et GD
entrée voie 2 (Y2) : CAL et GD
voies 1 et 2 simultanément : DUAL avec ou sans CHOP (signaux "découpés" et non
alternés, à utiliser pour les basses fréquences seulement)
base de temps (X) : CAL, TRIG (déclenchement) et AT (auto)
réglages du générateur BF :
sortie réglable (50 ) avec DC offset actif (composante continue)
observer la sortie "TTL"
mesurage de l'amplitude (valeur maximale), de la période,
de la composante continue (décalage, pour la même tension, entre l'entrée Y1 en DC et
l'entrée Y2 en AC)
addition (ADD : Y1+Y2) et soustraction des deux voies (ADD et inversion (INV) de la voie
2 : Y1-Y2)
2) mesurages à l'aide des multimètres (Hameg et Hexagone)
a) valeur moyenne (ou valeur de la composante continue) : mesurer la valeur moyenne de vDD
à savoir < vDD>. Comparer les deux valeurs (en position "continu" ou DC)
b) valeur efficace :
- pour un signal alternatif (de valeur moyenne nulle) : mesure en position AC
 seul un appareil RMS mesure la valeur efficace dans tous les cas (type Hameg)
 sinon, en position AC, mesure de la val. efficace des seuls signaux sinusoïdaux.
- Pour un signal de valeur moyenne non nulle :
 Avec un appareil (T)RMS en position "AC+DC" quand elle existe.
 Sinon, mesurer la valeur moyenne et la valeur efficace de la composante alternative,
puis effectuer l'opération :
U eff   u  2 U alt eff
2
Mesurer la valeur efficace de la tension précédente, ainsi que celle d'une tension triangulaire et
d'une tension sinusoïdale avec la même composante continue. Comparer les valeurs relevées
avec les deux types de voltmètres. Conclure, après avoir calculé les valeurs théoriques (relever
les courbes).
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R4
Rapport cyclique
P2
R3
+ Vp
R5
R1
-
B1
LM311 +
+
R2
C1
R6
P1
fréquence
-Vn
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T.P. 1 : méthodes de mesure.
Objectifs : R1 à R10
T2
T6
T7
A. Réglages préliminaires:
 Oscilloscope:
Etat initial de l'oscilloscope:
- Vérifier que toutes les touches poussoir sont relâchées.
- Les 3 boutons rotatifs de décalibrage sont en position calibré (Flèche à l'horizontale à droite).
- Tous les commutateurs à levier sont vers le haut.
A la mise sous tension de l'oscilloscope et en l'absence de signal, une trace horizontale apparaît.
Réglage de la luminosité de la trace avec le bouton _ _ _ _ _ _
Réglage de la netteté de la trace avec le bouton
______
Centrage horizontal de la trace sur l'écran avec le bouton _ _ _ _ _ _
Centrage vertical des voies A et B (Réglage du zéro) Touche _ _ _ _ _ enfoncée et ajuster la trace
avec le bouton _ _ _ _ _ _


Multimètre : position voltmètre, sélectionner AC ou DC, choisir le calibre
Générateur: sélectionner le type de signal, régler l'amplitude, la fréquence, l'offset si nécessaire
B. Mesures
On considère les signaux suivants:
u1(t) : signal carré 0V/5V de rapport cyclique 0,5 (f = 500Hz)
u2(t) : signal triangulaire -1V/+3V (f = 5kHz)
u3(t) : signal sinusoïdal d'amplitude U4max = 2 V (f = 1kHz)
u4(t) : signal continu 2V
(à régler à l'alimentation continue)
(relevé 1)
(relevé 2)
(relevé 3)
(relevé 4)
a) Régler chaque signal et l'observer à l'oscilloscope sur la voie A en position DC.
b) Relever les chronogrammes de ces signaux en précisant les calibres de tension et le calibre de la
base de temps.
c) Compléter simultanément le tableau suivant (on appelle ualt la composante alternative de u de telle
sorte que, à chaque instant : u = Umoy + ualt )
visualisable en position DC
Générateur
Multimètre
Relevé Offset
Type de Umoy
Ualt eff
Actif/inactif signal
DC
AC
visualisable à l'oscilloscope en position AC
Calcul
Ueff expérimtal
Ueff
2
2
Umoy  Ualt eff théorique
1
2
3
4
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d) Observation simultanée de 2 signaux
- signaux 3 et 4 simultanément (relevé 5)
Touche _ _ _ _ _ et _ _ _ _ _ enfoncées :
ou Touche _ _ _ _ _ enfoncée
e) Addition de 2 signaux
- addition des signaux 3 et 4 (relevé 6 = relevé 3 + relevé 4)
Touche _ _ _ _ _ enfoncée
f) Soustraction de 2 signaux
- soustraction des signaux 3 et 4 (relevé 7 = relevé 3 - relevé 4)
Signal 3 sur voie A et signal 4 sur voie B
Touche _ _ _ _ _ et touche _ _ _ _ _ enfoncées.
Résumé :
Pour mesurer une valeur moyenne, le multimètre est en position _ _ _ _ _ (AC ou DC?)
Pour mesurer la valeur efficace de la composante alternative, le multimètre est en
position _ _ _ _ _ (AC ou DC?)
Pour obtenir la valeur efficace du signal complet, on effectuera l'opération
Ueff =
Umoy 2  Ualt eff 2
C. Caractéristiques des appareils de mesure
a) Résistance d'entrée du multimètre utilisé en voltmètre : _ _ _ _ _
b) Résistance de sortie (résistance du MET) du GBF ; _ _ _ _ _
c) Impédance d'entrée de l'oscilloscope : en dérivation, R = _ _ _ _ _ ; C = _ _ _ _ _
d) Bande passante du multimètre :
Régler un signal sinusoïdal de 1V en valeur efficace sur le multimètre Hameg pour une fréquence de
1kHz.
Relever son amplitude à l'oscilloscope puis faire varier la fréquence par décades et remplir le tableau
suivant.
F (Hz)
100
Ueff (lecture AC)
Umax
Umax/ Ueff
1k
10 k
100 k
1M
1V
Effectuer le même travail avec un multimètre _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Conclure.
F (Hz)
Lecture AC
Umax
Umax/ Ueff
100
[email protected]
1k
10 k
100 k
1M
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T.P. 12 : Fonction retard
Objectifs du TP :
- T4, T9
- énoncer la définition d'une ligne à retard (L.A.R.)
- comparer les caractéristiques d'une L.A.R. réelles à celles d'une L.A.R. parfaite
A. Ligne à retard parfaite:
1) Définition
On appelle fonction retard, une fonction qui à tout signal d'entrée e(t), associe un signal de sortie s(t)
égal à e( t -  ) quel que soit l'instant t
Une ligne à retard est un quadripôle qui réalise cette fonction
2) Etude de la transmittance d’une ligne à retard parfaite.
Le quadripôle est soumis à une tension sinusoïdale ue(t) = Ûe. sin( .t )
a) Exprimer us en tenant compte de la propriété de la fonction retard
b) En utilisant la notation complexe et, avec Ue  Ue;0 , exprimer Us sous la forme polaire en
fonction de Ue,  et 
c) En déduire la transmittance complexe T de la ligne à retard.
d) En déduire le module T  de T et l'argument  de T
e) Tracer l'allure de T  et de  en fonction de la fréquence pour la ligne à retard idéale
B. Ligne à retard réelle
1) Câbler le montage
Composant utilisé : SECRE 10s / 330 ;
les broches 14, 15,…jusqu'à 24 sont reliées ensemble par une connexion interne
24
1
13
2
3
nc: borne non connectée
11 12
nc E S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 nc
Entrée
Sortie principale
Montage :
Voie 1
Voie 2
R
GBF
2
11
24
24
ue
us
Rc
Rc : boite à décades
R = 330
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2) Réglage de la résistance caractéristique (f = 30kHz)
a) La résistance Rc est réglée à 220 ; ue(t) est une tension sinusoïdale. On règle Uemax = 1V
Mesurer l’amplitude de la tension de sortie. Comparer le module de T mesuré avec T théorique.
b) Modifier la valeur de la résistance Rc de façon à obtenir une tension us d'amplitude égale à celle de
ue. Cette condition est réalisée pour RC = RC0.
RC0 est appelée résistance caractéristique
Mesurer Rc0. Comparer avec la valeur donnée par le constructeur.
c) Sans changer de fréquence, sélectionner une tension triangulaire d’amplitude 1V.
Comparer la tension d’entrée et la tension de sortie :
- si la ligne à retard est refermée sur sa résistance caractéristique.
- si la ligne à retard est refermée sur une résistance supérieure (double par exemple).
- si la ligne à retard est refermée sur une résistance inférieure (moitié par exemple).
3) Mesurer, en régime sinusoïdal, le retard observé aux différentes sorties S1 à S9, sans déplacer la
résistance RC.
(Rc est toujours réglé à RC0)
4) Comportement de la ligne à retard en fonction de la fréquence
a) Mesures
- En partant de f = 10kHz augmenter progressivement la fréquence de la tension d'entrée.
On choisira des valeurs de fréquence pour lesquelles us passe par un maximum.
- mesurer le déphasage  de la tension us par rapport à la tension ue et calculer le retard 
correspondant (Attention, pour  > 2, il faut procéder par continuité; l'oscilloscope ne
permettant pas de distinguer  et 3 par exemple)
- relever Ûs et Ûe. Calculer T 
f (kHz)
10
50
puis compléter le tableau :
80
100
200
300
400
Ûe (V)
Ûs (V)
 (µs)
T 
 (°) =
-360./ T
b) Tracer T  en fonction de f et  (f) pour la ligne à retard réelle
c) Comparer avec la ligne à retard idéale.
Comment se comporte la ligne à retard à des fréquences élevées ?
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Oscillogramme n°
représentant :
sensibilité :
Y1 :
Y2 :
X:
/div. DC/AC
/div. DC/AC
/div.
Oscillogramme n°
représentant :
sensibilité :
Y1 :
Y2 :
X:
/div. DC/AC
/div. DC/AC
/div.
Oscillogramme n°
représentant :
sensibilité :
Y1 :
Y2 :
X:
/div. DC/AC
/div. DC/AC
/div.
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Ch. Ekstein
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A. Etude d'un générateur d'impulsion
57
R1 = 47k C1 = 2,2 nF Vcc = 10V
ue est un signal carré symétrique de valeur moyenne nulle et de valeur maxi Uemax = 10V; f = 100Hz
+Vcc
id
R1
id
C1
vd
vd
Eo=0,7V
ue
uc1
uModèle de la diode
a) Pour commencer, on suppose que ue = 10v depuis un temps très long. La diode est passante. Que
valent u- et uc1 dans ce cas ?
b) A l'instant où ue passe à -10V que vaut u- ? (Rappel, la tension uc1 ne peut pas subir de
discontinuité). Quel est l'état de la diode ?
c) Comment évoluent u- et uc1 à partir de leur valeur initiale ? Quelle est la valeur finale (ou
asymptotique) de u- et uc1 (en supposant que la diode reste bloquée indéfiniment)
d) En calculant la constante de temps 1 du phénomène, montrer que la diode redevient passante
avant que ue ne passe à 10V.
e) u- est il modifié lorsque ue passe à 10V ?
f) Visualiser les 2 tensions ue et u- à l'oscilloscope.
Conclusion et intérêt du montage.
B.
Etude du monostable à AIL L'AIL est polarisé à -10V / +10V
R2 = 10k C2 = 47nF
uD
+
i2
uR2
C2
us
uc2
1) Etude de l’état stable
a) u- est supposé égal à 0,7V dans son état de base
Sachant que le montage a un état stable qu'il peut garder indéfiniment, que vaut le courant i2 passant
dans R2 et C2 dans cet état ?
b) En déduire les valeurs de u+, uD, uS, et uC2
Ch. Ekstein
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58
2) Etude de l’état instable
a) A l'instant t1 , u- quitte son état de base, soumis à une impulsion telle que u- = -19,3V.
Quel est le signe de uD ? Que vaut uS ?
b) En déduire la valeur de u+ suite à cette impulsion (Rappel : uc2 ne peut pas subir de discontinuité)
u- étant revenu à son état stable (u- croit rapidement ), montrer que uD ne change pas de signe.
c) Avec quelle constante de temps 2 la tension uc2 du condensateur C2 et le courant i2 vont ils
évoluer ?
d) Décrire l'évolution de u+(t) à partir de l'instant t1 pris comme origine des temps :
 2.Vcc 

e) A l'instant t2, u+ = 0,7V. On démontre que t 2   2 . ln 
 E0 
où t2 représente la durée de l'état instable. Calculer la valeur de t2
f) On admet qu'à l'instant t2, u- a repris son état de base. Que vaut us à l'instant t2+ immédiatement
après l'instant t2 ? Que devient u+ (pas de discontinuité pour uc) ?
C.
Montage complet
+Vcc
C1
R1
uD
uc1
+
u-
i2
C2
us
ue
R2
uc2
a) Visualiser et représenter u-, u+ et us en concordance de temps.
b) Mesurer la durée de l'état instable et la comparer à la valeur théorique.
Ch. Ekstein
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59
D. Etude graphique à l'aide du logiciel Regressi
GROUPE 2
4) représentation graphique de la fonction de transfert (diagramme de Bode) provenant des
mesures

On crée les variables : f (Hz), Vs (V),  [ctrl f] qui seront saisies par entrée directe au clavier

On crée (Y+) les variables : , G qui seront calculées à partir des précédentes :
 = Vs/(la valeur de Ve) ; G = 20*LOG()

Observer les graphiques de G et  en fonction de f : on a très peu de détail dans les basses
fréquences pour une graduation linéaire de f.
Modifier, dans la fenêtre Graphe : coordonnées/graduations/log pour l’abscisse f.

Comparer par le bouton Options graphiques le fait de relier les points par segments ou par
lissage
5) Représentation de la fonction de transfert complexe théorique
Justifier que (pour le circuit a) :
 =


1
1  jRC
1
T
1  ( RC  )
2
f0 =
1
2RC
G = 20 log 
f
= RC
f0
tan-1 (RC)
Dans Fichier/Nouveau/Simulation on définira les grandeurs suivantes :
f est la variable de contrôle (abscisse),
R et C sont des paramètres (valeurs à saisir mais qui peuvent être modifiées),
G en dB et  (ou phi) en ° sont des variables calculées (ordonnées)
On entrera les relations de définition suivantes :
G=-20*log(sqrt(1+(R*C*2**f)^2))
phi=-atan(R*C*2**f) ; bouton radians/degrés


à sélectionner en degrés :
90
Afficher les courbes de réponse en fréquence.
Déterminer, sur les courbes et à l’aide du curseur gradué la valeur de fréquence pour laquelle
G = - 3 dB et  = - 45 °. Comparer cette valeur à f0.
On peut changer les valeurs de R et C et observer la modification des courbes
6) Reprendre la même démarche avec l’autre circuit : on peut représenter dans le même repère
la courbe théorique et les points expérimentaux, puis comparer les valeurs, déterminer les
écarts.
Ch. Ekstein
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