TP n° L`amplificateur intégré linéaire. I Introduction

T.P. n° ... L'amplificateur intégré linéaire.
Même opération pour US :
I Introduction :
Les amplificateurs intégrés linéaires (A.I.L) encore appelés amplificateurs opérationnel (AO) sont
des composants électroniques qui permettent,par exemple, d'amplifier, d'additionner ou de soustraire
des tensions entre-elles.
Ces composants, pour qu'ils puissent fonctionner, ont besoin d'une alimentation externe d'où les
trois bornes d'alimentation situé derrière le boîtier : une rouge (+15V), une noire (la masse) et
une bleue (+15V).
L'intérieur d'un AOP.
VARIABLES A CREER : Us
UNITE : V
Cliquez sur le bouton CREER.
Faire vérifier.
4- Faire varier U de -10V à +10V par pas de 2V et compléter le tableau.
5- Dans la fenêtre n°1, tracer la courbe US (U) et pour la partie linéaire, modéliser (touche F4) U(US).
Par analogie avec la caractéristique ci-dessous
On ne représente pas l'alimentation des AO sur les schémas mais seulement
l'entrée inverseuse (-),
∞
-
Déterminer :
US (V)
Pour le domaine linéaire :
U min :
U MAX:
Coefficient d'amplification 'a1 ' :
US = a1 . U
USAT
et la sortie.
+
l'entrée non inverseuse (+)
UMAX
AO
-10
Symbole de l'AO.
10
U min
U (V)
II Étude du montage amplificateur inverseur :
Saturation
Dans le domaine de la saturation :
USAT =
-USAT
1- Sur le montage ci-dessous, on veut mesurer les tensions US et U.
Placer sur le schéma ci-dessous les 2 voltmètres pour mesurer U et US :
Saturation
(Cliquez sur le schéma du voltmètre et placer le correctement sur le schéma).
Partie
linéaire
R2
V
R1
V
R2
(Calculer cette grandeur).
R1
Refaire les mêmes mesures R1 = 10 kΩ et établir la relation entre U et US.
Nouvelles variables à créer dans l'onglet Tableur : U_2 et U_S2 (même méthode que précédemment)
Tracer la courbe U_S2(U_2) dans la fenêtre n°1.
+
AO 1
U
­
Quel peut-être l'intérêt de ce montage ?
∞
-
6- Comparer le coefficient d'amplification 'a1 ' calculé par synchronie à
7- Imprimez la caractéristique.
US
8- Comment retrouver l'expression de la tension de sortie US en fonction de U :
(Vous aurez besoin d'utiliser la loi d'ohm et la loi des mailles, ressortez vos fiches si nécessaire)
Lorsque l'AO fonctionne en régime linéaire, les résistances R1 et R2 sont traversées par la même intensité I et la
tension UD = 0.
I
R2
2- Réaliser le montage sans oublier l'alimentation de l'AO et de brancher la masse (borne noire de l'alimentation à la
masse de la maquette de l'AO).
La résistance R2 = 4,7 kΩ , la résistance R1 = 1 kΩ.
La tension US est délivrée par un générateur de tension variant de -10V à +10V.
Faites vérifier.
U2
I
R1
U1
3- Réglages de synchronie :
Ouvrir synchronie. Dans l'onglet TABLEUR :
→ Tout enlever
ensuite
Menu VARIABLES
→ Ajouter.
Dans la fenêtre qui apparaît :
VARIABLES A CREER : U
UNITE : V
Cliquez sur le bouton CREER.
Y.MOREL
L'amplificateur opérationnel
-
∞
UD
+
AO 1
US
U
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Y.MOREL
L'amplificateur opérationnel
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Loi d'ohm :
Pour la résistance R1, établir l'expression de la loi d'ohm : U1 = ....... (relation 1)
Pour la résistance R2, établir l'expression de la loi d'ohm : U2 = ....... (relation 2)
1- Réaliser le montage sans oublier l'alimentation de l'AO et de brancher la masse .
Toutes les résistances valent R = 10 kΩ.
La tension U1= 3V et la tension U2 = 1V.
Faites vérifier.
Application de la loi des mailles :
Établir la relation entre les tensions U, U1 et UD à partir de la maille rouge.
.......................
Sachant que UD = 0 , en déduire la relation entre U et U1 : ................ (relation 3)
2Régler les tensions U1 et U2 comme indiquées dans le tableau et mesurer la tension US.
Établir la relation entre les tensions US , U2 et UD à partir de la maille bleue.
.......................
Sachant que UD = 0 , en déduire la relation entre US et U2 : ................ (relation 4)
U1 (V)
U2(V)
3
1
5
2
2
4
1
3
Remplacer, dans la relation 3, U1 par son expression trouvée dans la relation 1. ...................
En déduire l'expression de I en fonction de U et de R1 : ....................... (relation 5)
Remplacer, dans la relation 4, U2 par son expression trouvée dans la relation 2. ...................
En déduire l'expression de I en fonction de US et de R2 : ....................... (relation 6)
US(V)
3- En observant le tableau de mesures, essayer de trouver une relation entre U1, U2 et US.
En égalisant les relations 5 et 6, trouver la relation de US en fonction de U, R1 et R2. (relation 7)
4- Quel peut-être l'intérêt d'un tel montage.
Limitation du fonctionnement linéaire :
On considère que la tension de sortie US ne peut dépasser U SAT = 15 V et -USAT = -15 V. Tant que la tension US est
comprise entre ces deux valeurs, on dit que l'AO fonctionne en régime linéaire.
A partir de la relation 7, établir la relation de U en fonction de US, R1 et R2.
Calculer les valeurs de U à ne pas dépasser pour rester dans le domaine linéaire :
Si US = + 15 V , U = ..........
R2 = 4,7 kΩ , R1 = 1 kΩ.
Si US = - 15 V , U = ..........
Ces deux montage seront très utiles la semaine prochaine, garder les à l'esprit!!
▪ Une maille est un chemin fermé passant par différent points électrique.
A
L'AO fonctionne en régime linéaire pour U compris entre ........ et .......... .
B
Exemple : la maille (ABCDENPA)
C
D
R2 = 10 kΩ , R1 = 1 kΩ.
Si US = + 15 V , U = ..........
Si US = - 15 V , U = ..........
P +
UAB
UPN
UBC
UDE
N -
L'AO fonctionne en régime linéaire pour U compris entre ........ et .......... .
E
Intérêt du montage :
Quel peut-être l'intérêt d'un tel montage?
Loi des mailles :
1- On choisit un sens de parcours arbitraire et un point de départ (ici le point N).
2- La somme des tensions algébrique dans une maille est nulle.
Si la tension est fléchée est dans le même sens de parcours elle est comptée positive.
Si la tension est fléchée est dans le sens contraire de parcours elle est comptée négative.
3- Loi des mailles : UPN – UAB – UBC – UDE = 0
III Étude du montage soustracteur (ou différentiel):
Soit le montage ci-dessous.
R
Loi d'ohm :
R
-
R
+
I
∞
U
AO 1
R
U =R× I .
U2
U1
Y.MOREL
R
L'amplificateur opérationnel
La tension aux bornes de la résistance est :
US
Autres relations :
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Y.MOREL
I=
U
U
et R=
R
I
L'amplificateur opérationnel
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