mpi l`amplificateur operationnel tp11

01/03/07 TP11_amplificateur_operationnel.doc 1/3
MPI L'AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL TP11
I. Constitution d’une chaîne électronique
• Exemple : la chaîne haute-fidélité
 Son but : à partir d’un compact-disque (C.D.), la chaîne hi-fi doit restituer un son audible
 Sa constitution :
 L’alimentation : les appareils reçoivent de l’énergie électrique
 Le capteur : dans ce cas, un faisceau laser
 L’amplificateur : augmente la puissance des signaux électriques
 La sortie : Les haut-parleurs transforment les signaux électriques en signaux sonores.
 Généralisation :
II. Description de l’amplificateur opérationnel
• Un amplificateur opérationnel (A.O.) est aussi appelé circuit intégré linéaire (C.I.L.)
• Il possède 8 bornes mais 5 bornes sont généralement utilisées et notées :
tension positive d’alimentation + 15 V ; tension négative d’alimentation - 15 V ;
E
+
: borne d’entrée non inverseuse (ENI ou +) : borne d’entrée inverseuse (EI ou -) ;
S : borne de sortie
• Symbole de l’amplificateur opérationnel (l’alimentation n’est pas toujours représentée
mais elle est indispensable)
• L'amplificateur opérationnel peut être utilisé dans un grand nombre de montages pour,
comme son nom l'indique, amplifier et/ou faire des opérations (mathématiques).
• L’amplificateur opérationnel est placé dans le composant suivant TL081 dont le brochage
est donné ci-dessous. Les tensions de décalage ne sont pas utilisées.
• Avant toute utilisation, ce composant doit être alimenté par deux tensions continues : +15V et –15V. Les tensions étant
mesurées par rapport à la masse de l’alimentation.
• Alimentation de l’amplificateur opérationnel : l’alimentation de l’amplificateur opérationnel est symétrique et à point milieu
nommé masse M qui, par convention, sert de référence pour toutes les tensions.
 Il faut mettre en marche l’alimentation de l’amplificateur opérationnel avant d’appliquer une tension aux entrées de
l’amplificateur opérationnel.
 Il faut éteindre en dernier l’alimentation de l’amplificateur opérationnel.
E
+
E
-
S
CAPTEUR DISPOSITIF
ELECTRONIQUE SORTIE
ALIMENTATION

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III. Caractéristiques de l’amplificateur opérationnel
Les intensités I
+
et I
-
qui entrent par E
+
et E
-
sont pratiquement nulles.
La tension ε (epsilon) entre E
+
et E
-
est généralement nulle.
 Préliminaires : Brancher la borne - 15 V de l’alimentation à la borne - de l’amplificateur opérationnel
Brancher la borne + 15 V de l’alimentation à la borne + de l’amplificateur opérationnel
Brancher la borne 0 (masse) de l’alimentation sur une borne de la platine de câblage.
IV. Montage amplificateur non inverseur
A. Montage
• Faire le montage suivant avec R
1
= 1 kΩ et R
2
= 470 Ω.
• U
EM
désigne la tension d’entrée appliquée par le générateur et U
SM
la tension à la sortie de l’amplificateur opérationnel
mesurée avec le voltmètre. Placer un voltmètre pour mesurer la tension U
EM
et un autre voltmètre pour mesurer la tension
U
SM
.
• Faire vérifier votre montage par le professeur.
Mettre en fonctionnement l’alimentation de l’amplificateur opérationnel et le générateur.
• Mettre en fonctionnement le générateur puis compléter le tableau suivant sur votre feuille et dans Regressi :
U
EM
(V) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 14,0
U
SM
(V)
G = U
SM
U
EM
U
EM
(V) -1,0 -1,5 -2,0 -2,5 -3,0 -4,0 -5,0 -6,0 -7,0 -7,5 -8,0 -8,5 -9,0 -9,5 -10,0 -14,0
U
SM
(V)
G = U
SM
U
EM
1) Calculer le coefficient G avec 2 chiffres significatifs ou créer une nouvelle grandeur calculée dans Regressi.
2) Tracer, ou visualiser, le graphe de U
SM
en fonction de U
EM
à l’aide de Regressi.
3) Entre quelles valeurs est comprise la tension de sortie U
SM
?
• Eteindre le générateur et l’alimentation de l’amplificateur opérationnel,
E
MM
M S
R
2
= 470 Ω
R
1
= 1 kΩ
U
EM
U
SM
A
2
3
6
Source de tension
réglable

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B. Conclusions
• La tension d’entrée U
EM
est amplifiée à la sortie de l’amplificateur opérationnel à condition que la tension de sortie U
SM
reste, en valeur absolue, inférieure d’environ 2V à la tension d’alimentation de l’amplificateur opérationnel.
L’amplificateur opérationnel fonctionne alors en régime linéaire.
• Cette tension de sortie limite est appelée tension de saturation notée U
sat
.
• L’amplificateur opérationnel peut amplifier une tension mais l’intensité à la sortie est très faible (≈ 15 mA).
• Le coefficient G est appelé coefficient d’amplification ou gain donc U
S
= G × U
E
avec G = 1 + R
2
R
1
.
4) Sur le schéma du montage, repérer les tensions U
AM
, U
SA
et ε par des flèches-tensions.
Repérer les intensités I
1
et I
2
qui traversent respectivement les conducteurs ohmiques R
1
et R
2
.
5) Quel est le lien entre I
1
et I
2
? Pourquoi ?
6) A l’aide de la loi d’Ohm, exprimer U
AM
et U
SA
en fonction de R
1
, R
2
, I
1
et I
2
.
7) En remarquant que la tension U
EM
= U
AM
et en utilisant les lois d’additivité des tensions pour U
SM
, démontrer la relation :
U
SM
= (1 + R
2
R
1
) × U
EM
• Démonter le circuit et ranger le matériel.
V. Simulation d’un montage amplificateur inverseur
• Lancer le logiciel Crocodile Physics.
• Avant de réaliser le montage préalable, cocher dans le menu Affichage symboles analogiques CEI.
• L’amplificateur opérationnel se trouve dans les circuits intégrés repérés par le symbole ci-contre :
• Faire le montage suivant avec R
1
= 4,7 kΩ et R
2
= 10 kΩ.
• Régler le générateur basses fréquences sur la bonne fréquence f = 0,1 Hz.
• Cliquersur le G.B.F. pour choisir une tension maximale de 20 V
• Ajouter une tension de décalage de -10 V obtenue en cliquant sur l’icône options avancées ci-contre.
• Placer les sondes.
 Il vous faut obtenir des oscillogrammes semblables à ceux ci-contre.
1) Quand la tension de sortie est positive, la tension d’entrée est
................................................ et inversement. Ceci explique que ce
montage est inverseur.
2) Calculer, avec précision, la tension de sortie quand celle-ci est maximale :
U
SM
= ............ V
3) Calculer, avec précision, la tension d’entrée quand celle-ci est maximale :
U
EM
= ............ V
4) Distinguer le régime linéaire et le régime saturé sur les oscillogrammes
5) Calculer le gain G du montage en régime linéaire :
G = U
SM
U
EM
= ............
6) Démontrer que G = - R
2
R
1
M
sonde rouge
sonde bleue
ES
M
A
U
EM
U
SM
M