TP13.

1ère GEN 2007-2008
TP13.
TP n°13 :fonction amplification : présentation de l’amplificateur linéaire
intégré (ADI ou ampli opérationnel).
Buts du TP : -présentation physique de cet amplificateur.
- mesures des courants d’entrées, de la caractéristique de transfert et de celle de sortie.
- schéma équivalent de l’ALI et précision sur les modes de fonctionnement (linéaire / saturé).
1°) - . présentation du composant.
1) Brochage :
1
8
Non connecté
entrée E+
2
7
Alimentation + Vcc
Entrée E-
3
6
4
5
Offset
Alimentation - Vcc
Sortie
Offset
L’amplificateur linéaire comporte deux bornes
d’entrée : l’entrée inverseuse E- et l’entrée non
inverseuse E+.
Il comporte une borne de sortie et deux bornes
d’alimentation +Vcc et -Vcc qui doivent être reliées
à une alimentation symétrique, dont le zéro, bien
que n’étant pas relié, constitue la référence des
potentiels des montages réalisés.
Les bornes “offset” servent à réaliser un montage de correction du décalage de la tension de sortie à l’aide
d’un potentiomètre.
2) Symbole :
+ Vcc

+
+
s

s
_
_
- Vcc
Représentation avec les
alimentations
Représentation sans les
alimentations
3) Tension Vd
+
La tension Vd = E+ - E- est appelée tension différentielle d’entrée.
Vd
E+

s
On la note le plus souvent :  = E+ - E-
_
E-
FLEURIAULT
Vs
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2°) - . caractéristiques du composant.
a) caractéristique de transfert :
U : tension variable.
R1 = 470 k
R2 = 100 
R1
U

+
R2

s
_
Vs
Montrer que la valeur de  en fonction de R1, R2, et U est :   R2 U
R1 R2
(on supposera que les courants dans les bornes + et – de l’AO sont nuls)
Relever dans un tableau les valeurs de  et de Vs lorsque U varie de –10 V à +10 V.
On donne ci-dessous la forme de la courbe Vs = f() que l’on va obtenir :
Vs
Vs1
e2

e1
Vs2
Veuiller à prendre suffisamment de points entre e2 et e1 pour avoir une allure correcte de la partie linéaire.
Tracer la caractéristique Vs(  ) sur papier millimétré.
Sur quel intervalle le fonctionnement est il linéaire ? Sur quels intervalles est il saturé ?
Dans la partie linéaire, calculer la valeur de la pente de cette caractéristique (on l’appelle Ad).
Dans la partie saturée, mesurer les deux valeurs de saturation : Vs = Vs1 et Vs2.
Conclusion : On constate qu’il y a deux modes de fonctionnement.
Tant que e2 <  < +e1 : la tension de sortie Vs est proportionnelle à la tension différentielle d’entrée . On dit
que l’ALI fonctionne en régime linéaire. On a alors Vs = Ad. où Ad est le coefficient d’amplification
différentielle en boucle ouverte.
Lorsque  < e2 et lorsque  > +e1 : la tension de sortie est constante, l’ALI est en régime saturé. On a alors
Vs = Vs2 ou Vs1 selon le signe de . Comparer les valeurs de Vs2 et Vs1 avec la tension d’alimentation Vcc.
Conclusion ?
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b) mesure des courants de polarisation d’entrée de l’AO :
1
i+

+

2
s
-
i
_
Un des défauts de l’AO est qu’en l’absence de générateur, il crée des courants dans les bornes + et –
appelés courants de polarisation i+ et i-.
Ces courants sont de l’ordre du nA et ne peuvent pas être mesurés par un ampèremètre.
On utilise alors un montage de charge d’un condensateur par ces courants constants.
Effectuer le montage suivant :
C = 1 nF.
i+
C
Vs
On suppose que  = 0 et donc qu’on retrouve Vs aux bornes de C. Montrer alors que : iC Vs
t
Relever alors les valeurs de Vs et de t pendant 2 minutes toutes les 30 secondes.
Calculer alors Vs et en déduire la valeur de i+. Mesurer la valeur de  à l’aide d’un multimètre.
t
C
Faire de même avec i- et le montage suivant :
i-
Vs
Relever alors les valeurs de Vs et de t pendant 2 minutes toutes les 30 secondes.
Calculer alors Vs et en déduire la valeur de i-.
t
Calculer la valeur de la résistance d’entrée, c’est-à-dire de : Re =  / i+ du premier montage.
Conclusion : les courants i+ et i- sont-ils grands ou petits devant des courants de l’ordre du mA ?
Pourra-t-on les négliger et dire que : i+  0 et i-  0 ?
Rapeler la résistance d’entrée de l’amplificateur linéaire intégré et montrer qu’elle est grande devant
des résistances de l’ordre du k.
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c) mesure de la résistance de sortie :
Faire le schéma du montage
-

suivant :
K
S
+
Is
15 V
Rc
Vs
Relever la valeur de Vs à vide (c’est-à-dire si IS = 0)
Relever ensuite la caractéristique de sortie, c’est-à-dire la courbe Vs = f(Is) en faisant varier la résistance
Rc de 10 k à 10  grâce à la boîte à décades de résistances.
Tracer la caractéristique de sortie Vs( Is ) sur papier millimétré.
Pour la zone linéaire de cette caractéristique donner la valeur du modèle de Thévenin équivalent.
En déduire la valeur de la résistance de sortie Rs = Vs / Is dans la zone linéaire, qui correspond à la
résistance du modèle de Thévenin équivalent.
conclusion : Résumé du modèle équivalent de l’amplificateur opérationnel réel :
i+
Rs
Vd
Re
Vs
Vso
i+ et i- sont de l’ordre du …………………………….
Re est supérieure à ……………………………
Rs est inférieure à ………………………………
Vs = Ad. tant que …………<  < …………………
Vs = + Vsat lorsque  > ……………………
Vs = - Vsat lorsque  < ……………………...
i-
i+
Modèle de l’amplificateur opérationnel idéal :
Vd
Vso
Vs

i-
 La résistance d’entrée Re est ………... donc les courants i+
et i- sont ………………...
 La résistance de sortie Rs est ……... Donc la tension de
sortie en charge est la même qu’à vide. Vs = Vso.
 L’amplification différentielle en boucle ouverte Ad est
……………….
Condition de fonctionnement de l’amplificateur opérationnel :
 Avec ces hypothèses nous ne serons en fonctionnement linéaire que si  = 0.
Dans ce cas la tension de sortie Vs est comprise entre :-Vsat < Vs < +Vsat.
 Nous serons en fonctionnement saturé si la tension  est différente de zéro.
Si  > 0 alors Vs = +Vsat
Si  < 0 alors Vs = -Vsat.
Nous n’utiliserons, en général, que le modèle de l’amplificateur opérationnel idéal.
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