Travaux dirigés AOP

Travaux dirigés de Génie électrique : terminale sciences de l’ingénieur
Dans la plupart des systèmes faisant appel à des ensembles électroniques analogiques, on trouve des
amplificateurs opérationnels câblés en amplificateurs linéaires. Ce TP propose l'étude des montages
principaux.
I
AMPLIFICATEUR NON-INVERSEUR
Soit le montage ci-dessous :
+ 15 V
R2
R1
- 15 V
+ 15 V
P 2 kΩ
Ve
Vs
- 15 V
1) A quoi reconnait-on qu'il s'agit d'un montage linéaire ?
2) Calculez quelles valeurs peut prendre Ve lorsque P passe de sa valeur mini à sa valeur maxi (attention,
Ve est référencée à la masse et P est alimenté entre ± 15 V).
3) Pour R1 = 1 kΩ, calculez les valeurs de l'amplification en tension (notée Av) lorsque R2 = 1 kΩ, 10
kΩ et 22 kΩ.
4) Réalisez le montage à l’aide du logiciel WORKBENCH et, en faisant varier la tension d'entrée grâce
au potentiomètre, tracez Vs = f(Ve) pour les 3 valeurs de résistances précédemment données. Les trois
courbes seront reproduites sur le même graphe. Distinguez le régime linéaire des régimes saturés. pour
lesquels Vs = Cte. (pour lequel Vs = K.Ve)
5) Quelles sont les valeurs exactes des tensions de saturation ? Quelles sont alors les valeurs des tensions
de déchet de cet AOP ?
II
AMPLIFICATEUR INVERSEUR
Soit le montage ci-dessous :
R2
R1
Ve
Tp Génie Electrique
- 15 V
+ 15 V
Vs
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1) Pour R1 = 1 kΩ, calculez les valeurs de Av lorsque R2 = 1 kΩ, 10 kΩ et 22 kΩ.
2) En connaissant les tensions de saturation, calculez quelle valeur efficace peut prendre Ve pour que la
tension de sortie ne soit pas "saturée" pour les 3 valeurs précédentes de R2.
3) Réalisez le montage à l’aide du logiciel WORKBENCH et imposez en entrée un signal sinusoïdal de
fréquence 500 Hz et d'amplitude crête 5 V. Utiliser l'oscilloscope pour régler le signal.
En se plaçant en position XY sur l'oscilloscope, tracez Vs = f(Ve) pour les 3 valeurs de résistances
précédemment données.
Les trois courbes seront reproduites sur le même graphe.
Distinguez le régime linéaire des régimes saturés..de l'amplification (pour lequel Vs = K.Ve)pourlesquels Vs = Cte.
4) En reprenant le montage pour lequel le fonctionnement est entièrement linéaire,.déterminer la bande
passante de l'AOP. La bande passante
On définit la bande passante comme la limite en fréquence pour laquelle le signal de sortie n'est plus l'image du
signal d'entrée. Cela se caractérise par une déformation et une atténuation du signal de sortie observé à partir
d'une fréquence du signal d'entrée.
Proposer une méthode et effectuer la mesure.
III
AMPLIFICATEUR DE DIFFERENCE
Soit le montage ci-dessous :
R3
- 15 V
R1
R3
+ 15 V
V2
Vs
V1
R4
1) Exprimez littéralement la valeur de la tension Vs en fonction de R1, R2, R3, R4, V1 et V2. Que
devient cette expression si l'on pose R2 = k.R1 et R4 = k.R3 ? Que représente "k" dans le montage ?
Comment se transforme l'expression pour R1 = R2 = R3 = R4 ?
2) Réalisez le montage à l’aide du logiciel WORKBENCH en choisissant les résistances de telle sorte
que k = 2. Imposez alors en entrée V1 un signal sinusoïdal de fréquence 1000 Hz et d'amplitude crête 5 V
et en V2 un signal carré TTL de même fréquence. Relevez à l'oscilloscope Vs, V1 et V2 = f(t) et tracez
les courbes sur votre copie.
Tp Génie Electrique
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IV
SOMMATEUR INVERSEUR
Soit le montage ci-dessous :
R3
R1
- 15 V
R2
+ 15 V
V1
Vs
V2
1) Exprimez littéralement la valeur de la tension Vs en fonction de R1, R2, R3, V1 et V2. Que devient
cette expression si l'on pose R3 = k.R1 et R3 = k.R2 ? Que représente "k" dans le montage ? Comment se
transforme l'expression pour R1 = R2 = R3 ?
2) Réalisez le montage à l’aide du logiciel WORKBENCH en choisissant les résistances de telle sorte
que k = 1. Imposez alors en entrée V1 un signal sinusoïdal de fréquence 2000 Hz et d'amplitude crête 4 V
et en V2 un signal carré TTL de même fréquence. Relevez à l'oscilloscope Vs, V1 et V2 = f(t) et tracez
les courbes sur votre copie.
MONTAGE COMPARATEUR SIMPLE
I
Le montage d'étude du comparateur simple ⇒
Le potentiomètre P se décompose en deux parties
P1 et P2.
On a P1+P2 = P : suivant la position du curseur, P1
varie de 0 à P pendant que P2 varie de P à 0.
+Vcc
R1
10 K
P
50
K
47K
P2
+
P1
R2
10 K
Ve
Vréf
R3
1K
LED
verte
Tp Génie Electrique
R4
1K
LED
rouge
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Théorie :
1) Maille d'entrée : Ve est la tension issue du potentiomètre P. Exprimez littéralement Ve en
fonction de Vcc, R1, R2, P1 et P2. Pour Vcc = 15 V, donnez la valeur de Ve quand P1=0 (nommée Vemin)
et quand P1=P (nommée Vemax).
2) Sortie : l'AOP étant alimenté en ± 15 V, quelles sont les valeurs de tension que l'on est en
mesure d'obtenir en sortie ? La tension aux bornes des LED étant de 1,5 V, calculez le courant passant
dans ces dernières. Quelle LED nous informe de la saturation positive de l'AOP ?
Pratique :
3) Mesure : après avoir câblé le montage sur la platine en imposant Vréf = 0, vérifiez les valeurs
de tension Vemin et de Vemax à l'aide d'un voltmètre. Contrôlez une valeur de tension de sortie. Pourquoi
ne peut-on pas contrôler les deux ?
4) Graphe : on impose Vréf = 5 V, tracez Vs = f (Ve) pour Ve variant entre Vemin et Vemax. On se
contentera de lire Vs par visualisation des LED. Soyez très précis autour de la tension de basculement.
Tp Génie Electrique
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