Ami Pro - ALISCOR.SAM

1 LA CHAÎNE D'ACQUISITION D'UNE GRANDEUR PHYSIQUE
Effectuer une mesure, c'est determiner quantitativement la valeur d'une grandeur physique de
nature quelconque (mesurande) et l'exprimer dans l'unité appropriée. La grandeur à mesurer est
traduite en une grandeur électrique pouvant ensuite être adaptée pour être traitée par un système de
traitement de l'information (automate, système à microprocesseur).
Cette mesure met en oeuvre un ensemble de fonction présentées dans le diagramme suivant :
Selon la technologie du capteur et le type d'application une ou plusieurs des fonctions peuvent
être intégrées au capteur. Les fonctions de conditionnement du signal sont souvent réalisées par des
montages à ALI. Elles servent à adapter les signaux issus du capteur pour les rendre compatible avec
le dispositif de traitement de l'information. Dans ce chapitre seront présentées les montages à ALI qui
permettent de réaliser les fonctions AMPLIFIER et METTRE EN FORME.
2 LES AMPLIFICATEURS LINÉAIRES INTÉGRÉS (ALI)
Les amplificateurs linéaires intégrés (ALI), aussi appelés amplificateurs opérationnels (AO)
sont utilisés pour effectuer des opérations linéaires sur des signaux électriques :
- addition, soustraction, multiplication ...
- amplification de tension ou de courant.
Ils doivent leur nom (ALI ou AO) à ces applications, mais ils sont aussi utilisés pour des
opérations non linéaires comme la comparaison de tensions.
2.1 SYMBOLE ET DESCRIPTION DES ALI
Un amplificateur linéaire intégré comporte (au moins) :
- une entrée inverseuse, e- symbolisée par le - ;
- une entrée non inverseuse, e+ symbolisée par le + ;
- une sortie repérée S.
L'alimentation du composant nécessite deux tensions +Vcc et -Vcc. En général ces tensions
continues sont symétriques (+15V et -15V par ex.). Les bornes d'alimentation du circuit ne sont
généralement pas représentées.
2.2 MODÈLE ÉQUIVALENT À L'ALI IDÉAL
L'ALI est un amplificateur de différence de tension.En fonctionnement linéaire :
Vs = Ad . [(V+) - (V-)] = Ad .Vd
Vu des bornes d'entrée e+ et e-, l'amplificateur se comporte comme un circuit ouvert : les
courants d'entrées I+ et I- sont nuls (la résistance entre les entrées est infinie) .
Vu des bornes de sortie, il se comporte comme une source de tension parfaite : Vs = Ad . Vd
La tension de sortie est limitée par deux valeurs +Vsat et -Vsat (appelées respectivement
tension de saturation positive et négative) :
- pour l'ALI parfait, on considère que +Vsat et -Vsat sont égales aux tensions
d'alimentation +Vcc et -Vcc ;
- pour un ALI réel la tension de saturation Vsat est égale à la tension d'alimentation Vcc
moins une tension dite tension de déchet (∆V) comprise entre quelques dixièmes de V
et quelques V selon les ALI. (+ Vsat = +Vcc - ∆V; - Vsat = -Vcc + ∆V).
2.3 RÉGIME DE FONCTIONNEMENT D'UN ALI
La caractéristique de transfert met en évidence les deux modes de fonctionnement possibles
pour l'ALI :
- le fonctionnement en régime linéaire qui s'obtient
en réalisant une contre-réaction (rebouclage de la sortie sur
l'entrée e- direct ou par une résistance pour limiter
l'amplification) ;
- le fonctionnement en régime de saturation
quis'obtient sans contre-réaction ou avec un rebouclage de
la sortie sur l'entrée e+
Grandeur Capter la
physique
à mesurer physique à mesurer
grandeur Eliminer
les signaux
parasites
info.
élec Amplifier
Mettre
en
forme
Convertir
la tension
en un
nombre
info.
logique
info.
numérique
N
CONDITIONNEMENT DU SIGNAL
-Vsat < Vs < +Vsat Vd = 0V+ = V-
COURS TSI : CI-9 CORRIGÉ I4 : LE CONDITIONNEMENT DU SIGNAL (2) page 1 / 8
8
S
Vd
Vs
V-
V+
e+
e-
Vs
Vd
+Vsat
-Vsat
Saturation
Saturation
Linéaire
Si V+ < V- Vd Vs =
Si V+ > V- Vd Vs =
< 0 - Vsat
+ Vsat> 0

3 LA FONCTION AMPLIFIER
Cette fonction est réalisée par des montages à ALI fonctionnant en régime linéaire.
3.1 MONTAGE SUIVEUR
3.2 MONTAGE AMPLIFICATEUR NON INVERSEUR
La tension d'entrée est appliquée sur l'entrée non inverseuse
3.3 MONTAGE AMPLIFICATEUR INVERSEUR
La tension d'entrée est appliquée sur l'entrée inverseuse
3.4 MONTAGE SOMMATEUR NON INVERSEUR
8
Vs
Ve
EXPRESSION DE Vs EN FONCTION DE Ve
RÔLE DU MONTAGE :
V+ = Ve
Fonctionnement linéaire : V + = V-
V- = Vs
Vs = Ve Vs = Ve
Reproduit la tension Ve (avec un géné. de tension parfait : Vs)
sans que la tension d'entrée soit modifiée (car I+ = 0).
8
Vs
Ve
R1
R2
EXPRESSION DE Vs EN FONCTION DE Ve
Fonctionnement linéaire : V + = V-
D'après le diviseur de tension :
V + = Ve
V- = Vs . R1
Ve = Vs . R1
Vs =
R1 + R2
R1 + R2 Ve . (R1 + R2)
R1
8
Vs
Ve
R1
R2
EXPRESSION DE Vs EN FONCTION DE Ve
Fonctionnement linéaire : V + = V-
D'après le th. de superposition :
V + = 0
V- = Ve . R2 + Vs . R1
0 = Ve . R2 + Vs . R1
R1 + R2
Vs . R1 = - Ve . R2 Vs = - Ve . R2
R1
EXPRESSION DE Vs EN FONCTION DE Ve1 ET Ve2
8
VsR1 R2
Ve1Ve2
R3
R4
Si les résistances sont égales :
Fonctionnement linéaire : V + = V-
D'après le th. de superposition :
D'après le diviseur de tension :
V+ = Ve2 . R3 + Ve1 . R4
Ve2 . R3 + Ve1 . R4
(Ve2 . R3 + Ve1 . R4) (R1 + R2)
R3 + R4
R3 + R4
(R3 + R4) . R1
V- = Vs . R1
Vs . R1
R1 + R2
R1 + R2 =
Vs = Vs = Ve2 + Ve1
COURS TSI : CI-9 CORRIGÉ I4 : LE CONDITIONNEMENT DU SIGNAL (2) page 2 / 8

3.5 MONTAGE SOMMATEUR INVERSEUR
3.6 MONTAGE SOUSTRACTEUR
4 LA FONCTION : METTRE EN FORME
Cette fonction peut être réalisée par des montages à ALI fonctionnant en régime de
saturation. Ils sont appelés montages comparateurs.
Les montages comparateurs réalisent la comparaison entre une tension d'entrée Ve variable au
cours du temps et une tension de référence constante ou seuil (Vref). La tension de sortie Vs ne peut
prendre que deux valeurs (+Vsat ou -Vsat).
Dans ce mode de fonctionnement il n'est pas possible d'exprimer Vs en fonction de Ve. On
pourra uniquement :
- calculer les seuils de basculement ;
- traduire le fonctionnement par la caractéristique de transfert graphique Vs = f(Ve).
4.1 MONTAGES COMPARATEURS SIMPLES (À UN SEUIL)
4.1.1 COMPARATEUR NON INVERSEUR À UN SEUIL
La tension d'entrée est appliquée sur l'entrée non inverseuse
R1 R2
- Vs
R3
I1 = Ve1
R1
EXPRESSION DE Vs EN FONCTION DE Ve1 et Ve2
8
Vs
Ve2
R1 R3
R2
Ve1
Si les résistances sont égales :
I1
I2
I3
0
Fonctionnement linéaire : V + = V-
loi des noeuds :
I3 = I1 + I2
I3 = - Vs
R3 I2 = Ve2 R2
= Ve1 + Ve2
R1 R2
Vs = - R3 . (Ve1 + Ve2)
Vs = - (Ve1 + Ve2)
EXPRESSION DE Vs EN FONCTION DE Ve1 ET Ve2
8
Vs
R1
R2
Ve1
Ve2 R3
R4
Si les résistances sont égales :
Fonctionnement linéaire : V + = V-
D'après le th. de superposition :
D'après le diviseur de tension :
V- = Ve2 . R2 + Vs . R1
Ve2 . R2 + Vs . R1
(Ve1 . R4 - Ve2 . R3) (R1 + R2)
R1 + R2
R1 + R2
(R3 + R4) . R1
V+ = Ve1 . R4
Ve1 . R4
R3 + R4
R3 + R4 =
Vs = Vs = Ve1 - Ve2
EXPRESSION DE Vs EN FONCTION DE Ve1 ET Ve2
8
Vs
R1
R2
Ve1
Ve2 R3
R4
Si les résistances sont égales :
8
Vd
Vs
Ve
Vref
Vcc
R1
R2
Expression littérale de Vref :
CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT
Vs(V)
Ve (V)
+Vsat
-Vsat
Vd =
si Ve > Vref
si Ve < Vref
Vd
Vd
Vs =
Vs =
Vref
D'après le diviseur de tension :
Vref = Vcc . R2
R1 + R2 Ve - Vref > 0
< 0 + Vsat - Vsat
<1>
<1>
<2>
<2>
COURS TSI : CI-9 CORRIGÉ I4 : LE CONDITIONNEMENT DU SIGNAL (2) page 3 / 8

4.1.2 COMPARATEUR INVERSEUR À UN SEUIL
La tension d'entrée est appliquée sur l'entrée inverseuse
4.2 COMPARATEURS À HYSTÉRÉSIS (À DEUX SEUILS)
Dans la pratique, les comparateurs à un seul seuil sont rarement utilisés car ces montages
présentent certains inconvénients qui peuvent provoquer des dysfonctionnements :
- des changements d'états de la sortie intempestifs sont possibles lorsque une tension d'entrée
parasitée varie autour de la tension de seuil ;
- l'ALI peut fonctionner en régime linéaire si la tension d'entrée est très proche de la tension de
seuil. Dans ce cas de figure, la tension de sortie pourra ne pas être égale à la tension Vsat et être
incompatible avec un niveau logique.
Pour s'affranchir de ces problèmes, on utilisera de préférence des montages comparateurs dotés
de deux seuils de basculement : les comparateurs à hystérésis.
4.2.1 COMPARATEUR À HYSTÉRÉSIS INVERSEUR
4.2.2 COMPARATEUR NON INVERSEUR À HYSTÉRÉSIS
8
Vd
Vs
Ve
Vref
Vcc
R3
R4
Expression littérale de Vref :
CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT
Vs(V)
Ve (V)
+Vsat
-Vsat
Vd =
si Ve > Vref
si Ve < Vref
Vd
Vd
Vs =
Vs =
Vref
D'après le diviseur de tension :
Vref = Vcc . R4
R3 + R4 Vref - Ve < 0
> 0 - Vsat + Vsat
<1>
<1>
<2>
<2>
car Vs = + Vsat
Expression littérale de Vref :
CARACTERISTIQUE DE TRANSFERT
Vs(V)
Ve (V)
+Vsat
-Vsat
8
Vd
Vs
Ve
Vref R1 R2
Si Ve = - Vcc Vd > 0 Vs = +Vsat Vref = Vh =
Si Ve = + Vcc Vd < 0 Vs = -Vsat Vref = Vb =
Vs passera à - Vsat quand Ve augmentera jusqu'à dépasser Vh
Vs passera à + Vsat quand Ve diminuera jusqu'à Vb
Vh
Vb
D'après le diviseur de tension :
Vref = Vs . R1
R1 + R2
2 valeurs possibles
+ Vsat . R1
- Vsat . R1
R1 + R2
R1 + R2
-
8
Vd
Vs
Ve
R1 R2 Vs(V)
Ve (V)
+Vsat
-Vsat
Vh = +Vsat . R1
R2 Vb = -Vsat . R1 R2
Rem: les seuils Vh et Vb sont égaux et opposés si les tensions d'alimentation sont symétriques
Vb Vh
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4.2.3 MONTAGES D'APPLICATION : THERMOSTAT ÉLECTRONIQUE
Le montage suivant réalise un thermostat électronique. Il est utilisé pour réaliser la commande
d'un chauffage. La température de consigne, à partir de laquelle le chauffage est activé, est réglable
par un potentiomètre (P1).
La mesure de la température est réalisée par une sonde dont la résistance varie
proportionnellement à la température.
4.3 SCHÉMA FONCTIONNEL
4.4 SCHÉMA STRUCTUREL
Les ALI seront considérés comme parfaits (courants d'entrées nuls, résistance de sortie nulle).
Ils sont alimentés entre +10V et -10V.
La sonde de température est une résistance dont la valeur Rt est régie par la formule :
Rt = R0 (1 + α . T)
R0 désigne la valeur de la résistance pour une température de 0°C; R0 = 100 Ω.
α est le coefficient de température du capteur ; α = 0,01 /°C.
T désigne la température exprimée en °C.
5 TRAVAIL DEMANDÉ
5.1 ANALYSE FONCTIONNELLE
Encadrer sur le schéma structurel les différentes fonctions principales.
5.2 CONVERSION TEMPÉRATURE / TENSION (FP1)
?? Calculer la valeur de la résistance du capteur Rt pour les températures 0°C et 100°C :
?? Représenter l'allure de Rt = f (T°) pour une température comprise entre 0 et 100°C :
GENERATION
D'UNE TENSION
DE REFERENCE
FP3
CONVERSION
TEMPERATURE
TENSION FP1
AMPLIFICATION
FP2
COMPARAISON
FP4
Température
de l'air
Vt V2
Vref
Vs
8
Vs
Vref
Vcc
R3
R4
8
V2
Vt
R1 R2
I=1 mA
Rt P1
A2
A3
a. P1
0 < a < 1R1 = 1 K
R2 = 49 K R3 = 36 K R4 = 56 K
P1 = 10 K
(Ω)
T (°C)
010 50 100
Rt
100
200
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à 0°, Rt = R0 = 100
à 100°, Rt = 100 . (1 + 100 . 0,01) = 200
ΩΩ