Laboratoire 1 - Université Laval

Laboratoire1
Lesamplificateursopérationnels:
Montagesdebase1
GabrielGagnon-TurcotteetBenoitGosselin
UniversitéLaval-Hiver2017
Objectifs
ü Familiarisationaveclesconfigurationsdebaseimpliquantdesamplis-op
ü RéalisationdesschémasetsimulationSPICEdecircuitsàbased’ampli-op
ü Réalisationetvalidationdemontagesdecircuitsàbased’ampli-op
Description
Cetravailpratiqueapourbutd’effectuerlasimulationetlemontagedeplusieurscircuitsàbase
d’ampli-op. Vous simulerez d’abord chaque circuit à l’aide d’Altium Designer et validerez
ensuitelemontage expérimentalementaulaboratoire.Lescircuitsenquestioncomptentle
suiveur de tension, l’inverseur, le non-inverseur et l’additionneurde tensions. Il est
recommandédeconsulterlesspécificationstechniquesdesamplis-oputilisésdanslasection
«références»dusitewebducours.
Partie1. SimulationSPICEetquestionspré-laboratoire
Répondez aux questions suivantes avant de vous présenter au laboratoire. N’oubliez pas
d’imprimezvoscourbesetvosréponsesafindelesremettreàl’assistantendébutdeséance.
Pourtouteslessimulations,utilisezVDD=5VetVSS=-5V.Ensimulation,rajoutezune
résistancedesourcede50ohmsensérieaveclessourcesdesignal(ex.:VSIN,VPULSE,
etc.)pourémulerlecomportementdessourcesréelles(voirlaFigure1).Utilisezlalibrairie
associée et référez-vous au Didacticiel Altium Designerpour savoir comment l’intégrée au
projet.
1. Lesuiveurdetension
Lemontagesuiveurdetensionestuncircuitenboucleferméequiàgainunitaire,impédance
d’entréeélevéeetimpédancedesortiefaible.LaFigure1montreunsuiveurdetensionutilisant
l’ampli-opLM358delacompagnie«NationalSemiconductor».
1.1. RéalisezleschémadusuiveurdetensionprésentéàlaFigure1dansAltiumDesigner.
1.2. EnutilisantAltium,tracezlescourbesdegainetdephase(Bode)pourlesuiveurdetension.
Imprimezvoscourbes.
1.3. ToujoursavecAltium,relevezlafréquencedecoupuredecetteconfigurationparsimulation.
Annotezlafréquencedecoupuresurlacourbedegainobtenue.
1.4. En utilisant Altium, trouvez le slew rate et la largeur de bande grand signal du suiveur de
tension en observant sa réponse fréquentielle et sa réponse temporelle. Pour la réponse

2
GEL-3000−Électroniquedescomposantsintégrés
temporelle,utilisezunesourcedetensionpulsée(VPULSE)danslalibrairie«Simulation»et
connectez-laàl’entréeducircuit.Configurezcettesourcepulséecommesuit:
DCMagnitude=0, 
ACMagnitude=1, 
ACphase=0, 
InitialValue=0, 
PulsedValue=1, 
TimeDelay=0, 
RiseTime=0, 
FallTime=0, 
PulseWidth=10u,
Period=20u, 
Phase=0.
Montrezlatensiondesortieobtenueetindiquezlapentedel’échelondesortiesurlacourbe.
1.4.1. Quelleestlavaleurduslewratepourcetampli-op?
1.4.2. QuelleestlalargeurdebandegrandsignalsiVomax=4.980V(référez-vousauxnotesde
cours)?
2. L’inverseur
La Figure2 montre un amplificateur inverseur basé sur l’ampli-op TL082, aussi de la
compagnie « National Semiconductor ». Le signal d’entrée est branché à une borne de la
résistance R21qui est branchée à l’entrée négative de l’ampli-op. Par conséquent, le signal
d’entréeestdéphaséde180degrésàlasortie(ouinversé).LesrésistancesR21etR22permettent
d’appliquerlarétroactionnégativeetderéaliserungainstableenbouclefermée.
2.1 RéalisezleschémaducircuitinverseurprésentéàlaFigure2dansAltiumDesigner.
2.2 EnutilisantAltium,tracezlescourbesdegainetdephase(Bode)pourl’inverseur.Imprimez
voscourbes.
Figure1:Lesuiveurdetension.

3
GEL-3000−Électroniquedescomposantsintégrés
2.3 ToujoursavecAltium,relevezlafréquencedecoupuredecetteconfigurationparsimulation.
Annotezlafréquencedecoupuresurlacourbedegainobtenue.
2.4 Faitesuneanalyseparbalayagepourlecircuitdel’inverseur.FaitesvarierR221kà20kavec
unpasde4k.Tracezlesréponsesfréquentiellescorrespondantes.Quepeut-onapprendrede
cescourbes?
3. L’additionneur
LaFigure 3 montre un circuit additionneur à deux entrées basé sur l’ampli-op TL082.
L’additionneuresttrèssimilaireàl’amplificateurinverseur.Ilfournitungainenbouclefermée
et inverse les signaux d’entrée. Ces multiples entrées permettent d’additionner plusieurs
tensionsàlasortie.
3.1 RéalisezleschémaducircuitadditionneurprésentéàlaFigure3dansAltiumDesigner.
3.2 Simulezlecomportementducircuitadditionneuràl’aided’unesimulationtemporelle.Utilisez
deuxsourcessinusoïdalesd’amplitudesetdefréquencesdifférentes.Imprimezvoscourbes.
Figure2:L’amplificateurinverseur.
Figure3:Lecircuitadditionneur.

4
GEL-3000−Électroniquedescomposantsintégrés
4. Lenon-inverseur
Aulieudebrancherlesignald’entréeàl’entréenégativedel’ampli-opcommepourl’inverseur,
onlebrancheàl’entréepositiveafind’obtenirlecircuitnon-inverseurmontréàlaFigure4.Le
signaldesortieducircuitnon-inverseurauralamêmephasequelesignald’entrée.Comme
pourl’inverseur,lenon-inverseurcompteunerésistancedanslabouclederétroactionafin
d’amplifier le signal. Ce circuit utilise l’ampli-op LMC6482de la compagnie « National
Semiconductor».
4.1. Réalisezleschémaducircuitnon-inverseurprésentéàlaFigure4dansAltiumDesigner.
4.2. En utilisant Altium, tracez les courbes de gain et de phase (Bode) pour le non-inverseur.
Imprimezvoscourbes.
4.3. ToujoursavecAltium,relevezlafréquencedecoupuredecetteconfigurationparsimulation.
Annotezlafréquencedecoupuresurlacourbedegainobtenue.
4.4. L’ampli-op LMC6482est un amplificateur rail-à-rail. Expliquez en quoi consiste cette
caractéristiqueetdémontrez-laàl’aided’unesimulationparbalayage.Pourcefaire,effectuez
lesétapessuivantes:
4.4.1. Double-cliquez sur le symbole de la source sinusoïdale dans votre schéma du non-
inverseur.Danslapartiede«Models»,cliquezsurlebouton«Edit».Lafenêtre«Sim
Model»s’ouvre.Ensuite,cliquezsurl’onglet«Parameters»commemontrédansla
Figure5.
4.4.2. Ilestpossibled’effectueruneanalyseparbalayageàl’aidedevaleursparamétriques.
Poureffectuerunbalayagedel’amplitudecrêtedusignald’entrée,entrer{vx}comme
valeur d’amplitude de la source. N’oubliez pas les accolades. Confirmez toutes les
fenêtresencliquantsur«OK».
4.4.3. Ouvrezlafenêtre«AnalysesSetup».Cliquezsurlapartie«GlobalParameters».Cliquez
surlebouton«Add»pourcréerunnouveauparamètre.Entrez«vx»danslacolonne
«Parameter»et«1m»danslacolonne«value»,commeillustréàlaFigure6.
4.4.4. Ensuite, comme montré à la Figure 7,cliquezsurlapartie«Parameter Sweep» et
choisissez«vx»pourlebalayage.Entrez100mcommevaleurpour«StartValue»,
500mcommevaleurpour«StopValue»,et100mcommevaleurpour«StepValue».
Surtout,n’oubliezpasd’activerl’analyse.
Figure4:L’amplificateurnon-inverseur.

5
GEL-3000−Électroniquedescomposantsintégrés
4.4.5. Enfin,démarrezlasimulation.Imprimezlescourbesobtenuesetrelevezlatensionde
sortiepourlaquellel’amplificateurcommenceàsaturer.Expliquezvosrésultats.
Figure5:Configurationdel’analyseparamétriqueparbalayage:lafenêtre«SimModel».
Figure6:Configurationdel’analyseparamétriqueparbalayage;lafenêtre«AnalysesSetup–Global
Parameters».