Compte-rendu de travaux pratiques Amplificateur opérationnel

Matthieu SIMON Iut de Cachan 1ère année GE1 C2
TP Amplificateur opérationnel 2001 Page 1 sur 8
Compte-rendu de travaux pratiques
Amplificateur opérationnel
Sommaire :
1/ Introduction Page 1
2/ Amplificateur inverseur
2.1/ Montage de base Page1
2.2/ Une modification de l’amplificateur inverseur Page 3
3/ Amplificateur sommateur Page 4
4/ Amplificateur soustracteur Page 4
5/ Réaction et contre-réaction de l’amplificateur Page 5
1/ Introduction :
Ce TP a pour objectif d’observer le comportement de l’amplificateur par le biais de ses
montages fondamentaux. Donc de découvrir les fonctions qu’il peut réaliser mais aussi ses
limites d’utilisation. Et de bien différencier les types de fonctionnements que peut avoir
l’amplificateur, la réaction et la contre-réaction.
Pour cela quelques notions théoriques sont nécessaires :
Schéma d’un amplificateur opérationnel idéal
Soit les caractéristiques suivantes : 0A
-
ii ==
+
car l’amplificateur
possède une impédance d’entrée infinie.
Et si il fonctionne en régime linéaire alors nous pouvons dire que −
=
+
VV .
2/ Amplificateur inverseur :
2.1 Montage de base :
Le gain théorique en tension d’un amplificateur
inverseur est : 1
2
1
2
R
R
R
R=− donc il amplifie Ve de
R2/R1 et provoque un déphasage entre la tension
d’entrée et la tension de sortie de 180°.
V+
Vs
3
2
1
+
-
OUT
V-
Vs
R2
100k
R1
10k
Ve
-Vcc
Vcc
0
U2A
TL082
3
2
8 4
1
+
-
V+ V-
OUT

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La valeur crête maximum de Ve que l’on peut appliquer aux bornes de l’amplificateur pour
une tension de sortie Vs de 10V est :
1
2
R
R
VsVe ×−= → VVe 1
−
=
donc VVe 1
max
=
Nous appliquons une tension d’entrée Ve sinusoïdale de fréquence 1kHz et d’amplitude
maximum 1V, sur l’entrée inverseuse d’un amplificateur alimenté en
±
12V.
Nous obtenons les courbes suivantes :
Oscillogramme de Ve et de Vs en fonction du temps.
L’amplificateur fonctionne correctement pour une fréquence de 1kHz et une amplitude de 1V.
La dynamique du montage sur Ve est : VVe 1.10
≤
≤
. Dépassé cette valeur l’amplificateur
sature à VVs 5.11
max =. La différence de 0.5V par rapport à la tension d’alimentation est dû
aux tensions de seuil des diodes qui protége l’amplificateur sur les plaques
d’expérimentations.
Oscillogramme de Ve et de Vs en fonction du temps
L’amplificateur amplifie bien la tension de d’entrée Ve. Par ailleurs, à cette fréquence de
10kHz, il n’a pas le temps de suivre la vitesse de monter du signal d’entrée.
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms
V(VE) V(VS)
-10V
-5V
0V
5V
10V
Time
0s 20us 40us 60us 80us 100us
V(Vs)
0V
5.0V
-6.0V
SEL>>
V(Ve)
-1.0V
0V
1.0V

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Ce phénomène apparaît car la vitesse de monté d’un amplificateur est fixée dans le
montage à la fabrication, et il ne varie pas en fonction de la fréquence et de l’amplification.
Pour notre amplificateur, le « slew rate » (vitesse de monter) est 20V/µs.
Donc en conclusion nous pouvons dire que l’amplification est limitée en fonctionnement. Il
sature lorsque que l’on cherche à avoir une tension plus grande que celle de l’alimentation, et
le slew rate perturbe le signal lorsque la fréquence est trop élevée.
2.2/ Une modification de l’amplificateur inverseur :
Les diodes qui ont été ajouté vont permettre de
faire varier la résistance R2 en fonction de leurs
états.
Pour pouvoir réaliser la mesure Vs=f (Ve) il faut
mieux utiliser un signal d’entrée de forme
triangulaire car le temps de monter et de descente
est plus que les autres types de signaux.
Les tensions minimales et maximales du signal de
sortie sont :
0.9VVsmin
−
=
et VVs 9.0
max =
Soit l’oscillogramme de Vs =f (Ve) :
Nous pouvons remarquer que la caractéristique est linéaire pour -0.4V<Ve<0.3V. En dehors
de cet intervalle, l’amplificateur sature et la fonction n’est plus linéaire.
Vcc
D4
Vs
R2
100k
D3
R1
100k
-Vcc
R4
10k
0
R3
10k
U2A
TL082
3
2
8 4
1
+
-
V+ V-
OUT
Ve
V_Ve
-1.0V -0.5V 0V 0.5V 1.0V
V(Vs)
-500mV
0V
500mV

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3/ Amplificateur sommateur :
La relation théorique d’un amplificateur sommateur
est :
(
)
V2K2V1K1Vs ×+
×
−
=
.
L’amplificateur fonctionne en régime linéaire donc :
−
=
+
VV → 0V =
−
D’après le théorème de Milleman :
0
R
1
R2
1
R1
1
R
Vs
R2
V2
R1
V1
V=
++
++
=
−
Donc : 0
R
Vs
R2
V2
R1
V1 =++ → 
×+×−= 2
2
1
1
V
R
R
V
R
R
Vs
On applique un signal sinusoïdal du type
(
)
tf2πsin0.4V1
×
×
×
=
avec f=1kHz, et une
tension continue V2=5V, aux bornes du montages :
Oscillogramme de V1, de V2 et de Vs en fonction du temps
Nous sommes en présence d’un montage sommateur inverseur. Vs a été amplifié en amplitude
mais aussi sa composante continue (-5V), et a subi un déphasage de 180° par rapport a V1.
4/ Amplificateur soustracteur :
La relation théorique, liant la tension d’entrée à celle de sortie, d’un amplificateur
soustracteur est du type :
()
12 VVKVs
−
×= .
L’amplificateur fonctionne en régime linéaire donc : −+ =VV .
Vcc
R2
100k
R
100k
V1
R1
10k
Vs
V2
U2A
3
2
8 4
1
+
-
V+ V-
OUT
-Vcc
0
Time
0s 0.2ms 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1.0ms
V(VS)
-10V
-5V
0V
SEL>>
V(V2)
0V
5V
10V
V(V1)
-400mV
0V
400mV

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D’après le théorème de superposition :
RR
R
Vs
RR
R
VV + ×+
+
×=
−
1
1
1
1
D’après le théorème du diviseur de tension :
32
3
2RR
R
VV + ×=
+
Donc :
1
1
1
1
32
3
2R
R
V
R
RR
RR
R
VVs ×−
+
×
+
×=
or R=R3 et R1=R2, alors :
()
12
1
VV
R
R
Vs −×=
Pour vérifier le bon fonctionnement de l’amplificateur, il faut garder les mêmes sources mais
il faut que V1 soit une tension continue de 5V et que V2 soit un signal sinusoïdal de
fréquence 1kHz, d’amplitude crête 0.4V et de valeur moyenne 5V :
Oscillogramme de V1, de V2 et de Vs en fonction du temps
Le montage réalise bien sa fonction de soustraction. Le signal de sortie Vs est amplifié
en amplitude et sa composante continue est supprimée.
5/ Réaction et contre-réaction :
La réaction et la contre-réaction définissent le fonctionnement de l’amplificateur. Si il
y a réaction positive alors l’amplificateur fonctionne en régime de saturation, par contre si il y
a réaction négative (autrement dit contre-réaction) alors il fonctionne en régime linéaire.
R3
100k
V1
R
100k
Vcc
-Vcc
U2A
3
2
8 4
1
+
-
V+ V-
OUT
V2
0
Vs
R1
10k
R2
10k
Time
0s 0.2ms 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1.0ms
V(VS)
-5.0V
0V
5.0V
V(V1) V(V2)
4.0V
5.0V
6.0V
SEL>>