CREATION D`UNE ECHELLE DE TENSIONS COMPARAISON

CREATION D’UNE ECHELLE DE TENSIONS
COMPARAISON
On souhaite ici encadrer une tension de valeur inconnue par deux valeurs de tensions connues.
Il faut pour cela posséder une échelle de tensions connues et comparer la tension inconnue
que l’on souhaite encadrer avec les différents barreaux, les différentes valeurs de l’échelle de
tension construite.
REALISATION D’UNE ECHELLE DE TENSION
Il faut réaliser une échelle de tension en tenant compte de deux paramètres :
- la hauteur totale de l’échelle c’est à dire de la tension maximale que l’on peut atteindre
sur cette échelle ;
- le pas de l’échelle c’est à dire la tension séparant deux barreaux de l’échelle.
Pour construire cette échelle, réaliser le montage diviseur de tension suivant :
Les différents conducteurs ohmiques
sont identiques. La valeur de la
résistance des conducteurs ohmiques n’
a pas d’influence importante si elle est
voisine de 1000 ohms.
-
Exprimer les tensions UAM, UBM, UCM, UDM, UEM en fonction de Uref et de R. On
indiquera soigneusement le raisonnement utilisé (lois utilisées et calculs ) dans le cas
de la tension UBM et on donnera juste le résultat pour les autres tensions UAM, UCM,
UDM, UEM.
- Compléter le tableau :
Uref (V)
UAM (V)
UBM (V)
UCM (V)
UDM (V)
UEM (V)
5V
10 V
12 V
15 V
- Dans chacun des cas précédents, préciser la hauteur totale de l’échelle de tensions et
compléter le tableau ci-dessous.
- Dans chacun des cas précédents, préciser le pas de l’échelle de tensions et compléter le
tableau ci-dessous.
Uref (V)
Hauteur de l’échelle de tensions (V)
Pas de l’échelle de tensions (V).
5V
10 V
12 V
15 V
-
Exprimer le pas p de l’échelle en fonction du nombre n de conducteurs ohmiques
constituants l’échelle et de la tension de référence Uref.
Proposer un montage permettant de réaliser une échelle dont le pas ne serait pas
régulier.
COMPARAISON
On veut maintenant comparer une tension connue (un des barreaux de l’échelle précédente par
exemple) avec une tension inconnue Uinc. La comparaison est assurée par un composant
nouveau : l’amplificateur opérationnel.
Qu’est ce qu’un amplificateur opérationnel ?
Un amplificateur opérationnel est un circuit intégré particulier (ensemble de
conducteurs ohmiques, de transistors, de condensateurs et de diodes concentrés sur une toute
petite puce de silicium sans qu’aucun fil ne soit utilisé). Un amplificateur opérationnel permet
d’amplifier des tensions électriques continues et variables, de comparer différentes tensions et
d’additionner, de soustraire ou de multiplier des tensions électriques. Ce circuit intégré est
l’un des nombreux circuits intégrés présents dans les ordinateurs, les chaînes Hi-fi et les
récepteurs de télévision.
Le plus simple des circuits intégrés de type amplificateur opérationnel possède huit
pattes ou broches. La figure ci-contre nous donne le brochage de ce circuit intégré. Ce
brochage permet l’implantation de ce composant dans un circuit électronique. Comme tout
circuit intégré, il doit être alimenté.
NC +Ua
Les pattes 7 (+ Ualim) et 4 (- Ualim) servent à alimenter
l’amplificateur opérationnel. L’alimentation de l’AO n’est pas
représentée sur les schémas des circuits électriques.
Les bornes d'entrée de l'A.O. (2 et 3) sont notées :
E- entrée inverseuse.
E+ entrée non inverseuse.
La borne de sortie de l'A.O. (6) est notée S.
Remarque : Les bornes d'offset (1 et 5) permettent d'équilibrer
l'A.O. dans certaines applications.
La borne 8 n'est pas connectée.
S
off
8
7
6
5
1
2
3
4
off
E-
E+ -Ua
EE
8
S
+
symbole
Il existe différentes séries d’amplificateur opérationnel. Les séries des LM 741 et TL 081 sont
très souvent utilisées. Les montages que nous vous proposerons utilisent des TL 081 pour
leurs bonnes résistances aux erreurs de manipulation. Il existe des boîtiers contenant deux voir
quatre amplificateurs opérationnels, tels que des TL 082 ou des TL 084.
La comparaison
On considère le montage suivant :
- L’amplificateur opérationnel est alimenté en - 15V/15V c’est à dire que la patte + Ualim
est fixée à 15 V et que la patte – Ualim est fixée à -15 V. La masse est fixée sur 0 V.
L’alimentation (boitier bleu ou noir) doit être branchée et allumée en premier pour
éviter la détérioration du circuit intégré. Elle n’est pas représentée sur le circuit.
- L’amplificateur opérationnel est doté en sortie d’une diode de visualisation qui rend
compte de l’état de sortie de l’amplificateur opérationnel.
- L’échelle de tension est réalisée grâce au montage réalisé dans la partie précédente.
Elle est alimentée par un générateur qui fournit une tension continue de 15 V (c’est le
meme générateur qui alimente l’amplificateur opérationnel). Tous les conducteurs
ohmiques ont une résistance identique voisine de 1000 ohms.
-
Rp = 470  protège la diode électroluminescente passante par limitation du courant
qui la traverse.
La tension inconnue est réalisée avec un générateur 0V – 15 V réglable. Il ne faut pas
dépasser 15 V pour ne pas endommager l’amplificateur opérationnel.
15 V
Uinc
- Réaliser le montage précédent.
On fait varier la tension inconnue Uinc et on compare cette tension à l’une des tensions de
l’échelle 3.Uref/5.
- Comparer Uinc avec la tension prélevée sur l’échelle (ici 3.Uref/5).
La DEL est ………. si Uinc < 3.Uref/5
La DEL est ………….. si Uinc > 3.Uref/5.
- Proposer une relation entre Uinc et la tension prélevée sur l’échelle (ici 3.Uref/5) en
fonction de l’état de sortie du comparateur :
Si Uinc ……. 3.Uref/5 alors la DEL est allumée.
Si Uinc ……. 3.Uref/5 alors la DEL est éteinte.
- Pourquoi ce montage porte-il le nom de montage comparateur ?
Montage complémentaire
Réaliser le montage suivant :
- L’amplificateur opérationnel est alimenté en -15V/15V c’est à dire que la patte + Ualim
est fixée à 15 V et que la patte – Ualim est fixée à - 15 V.
- Une des DEL est verte et l’autre est rouge.
15 V
Uinc
-
DEL rouge
DEL verte
Etudier et décrire le fonctionnement de ce montage.
POUR LES PLUS RAPIDES : L’ALLUMEUR DE REVERBERE
La photorésistance :
Le composant appelé photorésistance ou LDR (light dépendant resistor) est un conducteur
ohmique dont la résistance varie en fonction de l’éclairement (c’est à dire de la lumière
qu’elle reçoit).
- Brancher un ohmmètre aux bornes de la photorésistance.
- Mesurer la résistance de la photorésistance quand elle est dans l’obscurité :
RLDRObscurité = ……………. 
- Mesurer la résistance de la photorésistance quand elle est fortement éclairée :
RLDRéclairée = ……………. 
Montage étudié :
Réaliser le montage suivant :
Ue
U
-
Us
La tension U est fournie par une pile de 4,5 V.
L’amplificateur opérationnel est alimenté en -15V/15V c’est à dire que la patte + Ualim
est fixée à 15 V et que la patte – Ualim est fixée à - 15 V.
-
Le diviseur de tension constitué par la photorésistance et le conducteur ohmique de
résistance 1000 ohms
Ce montage comprend un amplificateur opérationnel utilisé en comparateur. La tension U
est fournie par une pile de 4,5 V.
Observations expérimentales :
Photorésistance éclairée
- Qu’observez-vous quand vous éclairez la photorésistance ?
- Mesurer le potentiel VE+ de l’entrée E+ (c’est à dire la tension entre E+ et la masse).
- Mesurer le potentiel VE- de l’entrée E- (c’est à dire la tension entre E- et la masse).
- Comparer VE+ et VE-.
- Compléter :
Si la photorésistance est éclairée alors VE+ …… VE- et la diode électroluminescente est
……………………….. .
Photorésistance placée dans l’obscurité
- Qu’observez-vous quand vous placez la photorésistance dans l’obscurité ?
- Mesurer le potentiel VE+ de l’entrée E+ (c’est à dire la tension entre E+ et la masse).
- Mesurer le potentiel VE- de l’entrée E- (c’est à dire la tension entre E- et la masse).
- Comparer VE+ et VE-.
- Compléter :
Si la photorésistance est placée dans l’obscurité alors VE+ …… VE- et la diode
électroluminescente est ……………………….. .
Justifier le nom « allumeur de réverbère » donné à ce montage.
Etude théorique du montage :
L’AO étant supposé idéal, répondre aux questions suivantes :
1. Ce montage est placé dans un lieu où l’éclairement permet la variation de la
résistance de la LDR de 100  à 9 k. En déduire le domaine de variation du
potentiel E+.
Aide : La situation de l’entrée E+ est la suivante :
Ue
UE+
Le potentiel de l’entrée E+ c’est à dire la tension UE+ est la tension aux bornes de la
deuxième résistance d’un diviseur de tension.
2. Le potentiel de E- est dans un premier temps fixé à 4.5 V. Si l’éclairement de la
LDR est tel que la résistance est de 100 , donner la valeur du potentiel de E+.
Comparer la valeur du potentiel E+ à celle du potentiel E- et en déduire l’état de la
diode.
3. On fait varier l’éclairement, la résistance de la LDR est maintenant de 2 k. La
DEL brille-t-elle ?