cours aop2

ADAPTER ET CONDITIONNER LE SIGNAL
Les Amplificateurs Opérationnels (AOP) ou Ampli linéaires intégrés (ALI)
I) Introduction :
La chaîne d’acquisition dans un système doit réaliser plusieurs opérations distinctes en vue de prélever une information
physique de l’environnement ou du système et la convertir en une information exploitable par l’unité de traitement …...
Présentation fonctionnelle de la chaîne d'information
Signal TOR ou analogique
adapté et mis en forme
Signal électrique TOR ou
analogique
Information
physique
Transformer une information
physique en une un
information électrique
Capteurs
Ordres de commande
Adapter l’information
Traiter
l’information
Montages à AOP
API – circuit électronique
II) Présentation des AOP
Il s’agit d’un composant électronique sous la forme d'un circuit intégré constitué essentiellement de transistors utilisé en
amplificateur de tension.
AOP
Gain : K
Ve tension
d’entrée
Vs
Tension de sortie
Ces deux tensions sont liées par la relation Vs=k.Ve.
Les applications sont :
- amplifier un signal
- créer un signal (rectangulaire, triangulaire, sinus, oscillateur..…)
- filtrer un signal
- corriger les asservissements.
En ajoutant des composants externes (résistances condensateurs…) autour de l'AOP on obtient différent fonctionnement du
montage (amplificateur, dérivateur, comparateur, additionneur……) caractérisé chacun par une fonction de transfert Vs=f(Ve)
+Vcc
III) Description des ALI
Symbole :
i+
V-
–
ε
i-
∞
s
iS
+
Vs
V+
Entrées :
- V- entrée inverseuse
- V+ entrée non inverseuse
- i+= courant d’entrée non inverseuse
- i-= courant d’entrée inverseuse
-Vcc
Sorties
Vs tension de sortie
Is courant de sortie fourni par l'AOP
+Vcc alimentation haute de l'AOP
-Vcc alimentation basse de l'AOP
: Il ne faut pas que la valeur de Is dépasse sa valeur max
: L'alimentation de l'AOP peut être symétrique ou asymétrique en fonctionnement du type d'AOP.
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IV)
Les modes de fonctionnement d’un ALI :
On distingue deux modes de fonctionnement pour ce composant :
- fonctionnement linéaire
- fonctionnement saturé ou non linéaire
IV.1/
fonctionnement linéaire
Dans ce mode de fonctionnement, la sortie varie proportionnellement à l’entrée.
Vs=k Ve+k0
L’ALI fonctionne en mode linéaire s’il existe un bouclage direct ou via un composant entre l’entrée "–" et la sortie
"S".
Loi de fonctionnement idéale :
- i+=i-=0A
-
V+=Vε=V+-V-=0V
La sortie Vs évoluera à l’intérieur de l’intervalle des tensions d’alimentation Vs € [-Vcc ;+Vcc]
Exemple : montage suiveur
i-
–
ε
i+
∞
s
+
Vs
Ve
Etude du fonctionnement :
- I-=I+=0
- Mode de fonctionnement linéaire à cause de la liaison entre l'entrée "-" et la sortie "S" ⇒ ε=0 donc V-=V+
- V-= Ve et Vs=V- ⇒ Vs=Ve
Fonction de transfert : Vs = 1 ⋅ Ve le gain est donc de 1. La sortie recopie le signal d'entrée, montage utilisé pour
découpler électriquement la sortie de l'entrée.(adaptation d'impédance).La
Rq : Quand le signal d'entrée Ve arrive sur l’entrée "+" il n’y a pas d’inversion du signe de la sortie Vs par rapport à Ve.
Quand le signal d'entrée Ve arrive sur l’entrée "-" il y a pas inversion du signe de la sortie Vs par rapport à Ve.
Représentation de la fonction de transfert.
Vs
+Vcc
Ve
-Vcc
Représentation temporelle de la sortie et de l'entrée
Saturation de la
sortie si Vs est au
moins égal à +Vcc
Vs Ve
+Vcc
temps
-Vcc
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IV.2/ Fonctionnement en régime saturé
Il n’existe pas de bouclage entre l’entrée "–" et la sorte "S"
Lois de fonctionnement
On a toujours i+=i-=0A
La sortie Vs peut prendre uniquement 2 valeurs Vs=+Vcc ou Vs=-Vcc en fonction de :
- Si V+>V- alors Vs=+Vcc
- Si V+<V- alors Vs=-Vcc
+VCC=10V
Exemple : Montage comparateur
Etude du fonctionnement :
- I-=I+=0 ;
- Alimentation de l'AOP : +Vcc=10V et -Vcc=0V
- V-= V1 et V+=V2
- Si V+ > V- ⇒ Vs = +Vcc
- Si V+< V- ⇒ Vs = -Vcc
–
S
V1
+
Pour l’exemple suivant : V2 (t)=5V et V1(t)=15.sin(2Πt) (fonction d'un signal sinusoïdal),
Tracer l'allure du signal de sortie Vs(t) et la fonction de transfert Vs=f(V1).
Vs
∞
V2
Vs
-VCC
15 V
temps
V) Exercices
V.1/ Montage Amplificateur inverseur
Fonction de transfert :
Vs = −
R2
⋅ Ve
R1
Justifier le signe "-" dans la fonction de transfert
Donner l'expression du gain et son intervalle
Représenter la fonction de transfert Vs=f(Ve) et l'évolution temporel de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale
V.2/ Montage Amplificateur non inverseur
Fonction de transfert :
Vs = (1 +
R2
) ⋅ Ve
R1
Justifier le signe de la fonction de transfert
Donner l'expression du gain et son intervalle
Représenter la fonction de transfert Vs=f(Ve) et l'évolution temporel de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale
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V.3/ Montage sommateur inverseur
Fonction de transfert :
Vs = −(
R
R
⋅V1 +
⋅ V 2)
R1
R2
Justifier le signe "-"de la fonction de transfert
Déterminer l'expression de la fonction de transfert si R2=R1=R
Représenter l'évolution temporel de Vs(t) pour un signal d'entrée V1(t) rectangulaire (-5V;+5V) et pour un signal V2(t) continu
de 5V.
R2
V.4/ Montage sommateur non inverseur
Fonction de transfert :
Vs =
R1 + R 2
(⋅V 1 + V 2)
2 ⋅ R1
R1
–
Justifier le signe "+"de la fonction de transfert
Donner l'expression du gain et son intervalle
Déterminer la fonction de transfert si R1=R2
∞
S
R
Vs
V1
R
V2
V.5/ Montage soustracteur
Fonction de transfert :
Vs =
R4
R1 + R 2
R2
⋅
⋅V 2 −
⋅V1
R3 + R 4
R1
R1
Déterminer la fonction de transfert si R3=R1 et R4=R2
Justifier le signe "-"de la fonction de transfert
Donner l'expression du gain et son intervalle
Avec R1=R2=R3=R4, représenter l'évolution temporel de Vs(t) pour un signal d'entrée V2(t) rectangulaire (-5V;+5V) et pour
un signal V1(t) continu de 5V.
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V.6/ Montage comparateur simple
Représenter la fonction de transfert du montage Vs=f(Ve) et l'évolution temporelle de Vs(t) en prenant un signal triangulaire
pour Ve(t).
V.7/ Montage comparateur hystérésis 1
Donner les relations de fonctionnement du montage
Déterminer l'expression de V+=f(Vs), en déduire les deux valeurs de V+ en fonction de celles de Vs
Tracer la fonction de transfert du montage Vs=f(Ve)
Représenter l'évolution temporelle de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale (-5v; +5V) avec 2 seuils de basculement
pour V+ =±2V.
Rq : Si le signal d'entrée (variable) arrive sur l'entrée "-" le cycle tourne dans le sens horaire.
Si le signal d'entrée (variable) arrive sur l'entrée "+" le cycle tourne dans le sens trigo.
V.8/ Montage comparateur hystérésis 2
Donner les relations de fonctionnement du montage
A partir de l'expression de
V+ =
R 2 ⋅ Ve + R1 ⋅ Vs
déterminer les seuils de basculement du montage.
R1 + R 2
Tracer la fonction de transfert du montage Vs=f(Ve)
Représenter l'évolution temporelle de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale (-5v; +5V) avec 2 seuils de basculement
pour V+ =±2V.
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V.9/ Montage comparateur à fenêtre
On fait l'hypothèse que V2 >V1.
Compléter le tableau de fonctionnement du montage
Tracer la fonction de transfert Vs=f(Ve)
Représenter l'évolution temporelle de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale (-5v; +5V) avec V1 =-2V et V2=1V.
Ve < V1
V1 < Ve < V2
Ve > V2
Sortie ampli 1
Sortie ampli 2
Sortie porte ET
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