Electronique Analogique IMPERFECTIONS DES AMPLIFICATEURS

Université Montpellier 2
TD – TP GLEE502 : Electronique Analogique
IMPERFECTIONS DES AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS :
ÉTUDE SUR DES APPLICATIONS LINÉAIRES ET NON LINÉAIRES
Lors de cette séance de TP nous allons mettre en évidence quelques imperfections amplificateurs
opérationnels. Pour cela nous utiliserons différents circuits pour différentes applications. Aussi, pour
chaque circuit étudié, nous travaillerons sur deux types d’amplificateurs opérationnels dont nous
comparerons les performances. D’abord le µA741, un AOp de technologie bipolaire, obsolète depuis
longtemps, peu performant mais qui pour nous ici a l’avantage de permettre des mesures faciles de
ses défaut. Ensuite le TL071, un AOp de technologie biFET, qui date un peu mais qui est encore
utilisé. Ses transistors d’entrée de type JFET rendent ses courants de polarisation d’entrée très faibles
(de l’orde du nA) par rapport au AOp bipolaires (de l’ordre du µA).
1. Amplificateur de tension à fort gain
On souhaite mesurer de très faibles tensions. On peut citer comme exemple la tension aux bornes
d’une résistance shunt de 100µΩ utilisée pour mesurer des courants de 500A. On suppose qu’une
borne peut être reliée à la masse du circuit électronique.
• Donner le schéma du dispositif. Déterminer les valeurs des composants pour obtenir une tension de
sortie de -5V pour un courant à mesurer de 500A.
• Quelle est l’imperfection d’AOp intervenant de façon majoritaire ici ? Donner le schéma du
montage permettant de quantifier ici cette imperfection. Effectuer la mesure. Deux ou trois
échantillons de la même référence d’AOp peuvent être utilisés pour faire un début de statistique.
• A partir des mesures effectuées déterminer les valeurs maximales des défauts du circuit pour les
deux types d’AOp.
• Quantifier l’erreur en valeur de courant mesuré dans l’application citée.
2. Convertisseur courant-tension
On souhaite maintenant mesurer de très faibles courants. Pour cela on utilise un circuit convertisseur
courant-tension. Une des bornes de ce « microampèremètre » sera reliée à la masse.
• Donner le schéma du dispositif.
• On souhaite obtenir une tension de sortie égale à -1V pour un courant mesuré de 5µA. Déterminer
les valeurs des composants.
• Pour réduire les bruits parasites on souhaite limiter la bande passante par une fréquence de coupure
haute de 100Hz. Modifier le schéma et calculer la valeur du composant supplémentaire nécessaire.
• Vérifier le fonctionnement du dispositif avec un courant alternatif sinusoïdal de fréquence égale à
20Hz et d’une amplitude crête à crête égale à 20µA. Pour cela réaliser le générateur de courant
nécessaire (très simple à réaliser avec un GBF et une résistance).
• Quels sont les défauts principaux de l’AOp pour cette application ? Donner un schéma pour les
mesurer et effectuer ces mesures sur les deux types d’AOp (µA741 et TL071).
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3. Intégrateur
On a besoin d’un intégrateur analogique avec un constante de temps RC = 0,1s.
On utilisera R = 100kΩ et C = 1µF (condensateur film plastique : non polarisé et faible courant de
fuite) puis R = 1MΩ (RC = 1s)
3.1. Intégrateur : fonctionnement normal
• Tester le dispositif en fonctionnement « monocoup » avec plusieurs valeurs de tension d’entrée.
Pour cela on utilisera un « interrupteur » pour maintenir la tension de sortie de l’intégrateur à zéro
avant l’essai. On utilisera l’oscilloscope numérique pour enregistrer le fonctionnement de
l’intégrateur.
L’interrupteur pourra être réalisé simplement par un fil connecté à la sortie de l’AOp et que l’on met
en contact avec l’entrée – de l’AOp pour décharger le condensateur.
3.2. Défauts de l’intégrateur réalisé
Pour mettre en évidence les défauts de l’intégrateur on appliquera une tension d’entrée nulle.
• Quantifier par calcul pour les deux types d’AOp, les effets des imperfections. On calculera
séparément l’effet de la tension de décalage et l’effet des courants de polarisation.
• Quantifier expérimentalement les effets des défauts de deux types d’AOp avec une tension d’entrée
nulle (la tension de sortie devrait donc rester constante). Pour voir l’effet de la tension d’offset on
augmentera son importance par l’utilisation d’une résistance R faible (R = 1kΩ). Pour voir
uniquement l’effet du courant d’offset on utilisera une résistance infinie.
4. Échantillonneur bloqueur
On souhaite effectuer l’échantillonnage – blocage d’un signal compris dans la plage +5V à -5V.
• Représenter le schéma du circuit avec un interrupteur analogique commandé par une horloge
numérique.
• Pour faciliter la réalisation on se contera d’une fonction interrupteur simplement assurée par le
contact d’un fil tenu à la main.
• La source sera un GBF (impédance de sortie = 50Ω). Calculer la valeur du condensateur pour
obtenir une constante de temps à la charge de 5µs.
• Tester le dispositif pour différentes tensions d’entrées. Configurer l’oscilloscope pour enregistrer le
fonctionnement transitoire.
• Dans ces conditions évaluer quantitativement, pour les deux types d’AOp, quelles seront les
imperfections majeures du circuit réalisé.
• Faire fonctionner le montage, enregistrer les fonctionnements et les défauts constatés. Comparer
avec les prédéterminations.
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