TP n° L`amplificateur intégré linéaire. I Introduction

T.P. n° ... L'amplificateur intégré linéaire.
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).
On ne représente pas l'alimentation des AO sur les schémas mais seulement
l'entrée inverseuse (-), et la sortie.
l'entrée non inverseuse (+) Symbole de l'AO.
II Étude du montage amplificateur inverseur :
1- Sur le montage ci-dessous, on veut mesurer les tensions U
S
et U.
Placer sur le schéma ci-dessous les 2 voltmètres pour mesurer U et U
S
:
(Cliquez sur le schéma du voltmètre et placer le correctement sur le schéma).
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 R
2
= 4,7 kΩ , la résistance R
1
= 1 kΩ.
La tension U
S
est délivrée par un générateur de tension variant de -10V à +10V.
Faites vérifier.
3- Réglages de synchronie :
Ouvrir synchronie. Dans l'onglet TABLEUR :
Menu VARIABLES → Tout enlever ensuite
→ Ajouter.
Dans la fenêtre qui apparaît :
VARIABLES A CREER : U
UNITE : V
Cliquez sur le bouton CREER.
Y.MOREL L'amplificateur opérationnel Page 1/4
L'intérieur d'un AOP.
AO
∞
-
+
U
S
U
AO 1
R
2
R
1
∞
-
+
V
V
Même opération pour U
S
:
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 U
S
(U) et pour la partie linéaire, modéliser (touche F4) U(U
S
).
Par analogie avec la caractéristique ci-dessous
6- Comparer le coefficient d'amplification 'a
1
' calculé par synchronie à
R
2
R
1
(Calculer cette grandeur).
Quel peut-être l'intérêt de ce montage ?
Refaire les mêmes mesures R
1
= 10 kΩ et établir la relation entre U et U
S
.
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.
7- Imprimez la caractéristique.
8- Comment retrouver l'expression de la tension de sortie U
S
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 R
1
et R
2
sont traversées par la même intensité I et la
tension U
D
= 0.
Y.MOREL L'amplificateur opérationnel Page 2/4
U
D
U
1
U
2
U
U
S
(V)
U (V)
-10
10
U
MAX
U
min
U
SAT
-U
SAT
Partie
linéaire
Saturation
Saturation
Déterminer :
Pour le domaine linéaire :
U
min
:
U
MAX
:
Coefficient d'amplification 'a
1
' :
U
S
= a
1
. U
Dans le domaine de la saturation :
U
SAT
=
AO 1
R
2
R
1
∞
-
+
I
I
U
S

Loi d'ohm :
Pour la résistance R
1
, établir l'expression de la loi d'ohm : U
1
= ....... (relation 1)
Pour la résistance R
2
, établir l'expression de la loi d'ohm : U
2
= ....... (relation 2)
Application de la loi des mailles :
Établir la relation entre les tensions U, U
1
et U
D
à partir de la maille rouge.
.......................
Sachant que U
D
= 0 , en déduire la relation entre U et U
1
: ................ (relation 3)
Établir la relation entre les tensions U
S
, U
2
et U
D
à partir de la maille bleue.
.......................
Sachant que U
D
= 0 , en déduire la relation entre U
S
et U
2
: ................ (relation 4)
Remplacer, dans la relation 3, U
1
par son expression trouvée dans la relation 1. ...................
En déduire l'expression de I en fonction de U et de R
1
: ....................... (relation 5)
Remplacer, dans la relation 4, U
2
par son expression trouvée dans la relation 2. ...................
En déduire l'expression de I en fonction de U
S
et de R
2
: ....................... (relation 6)
En égalisant les relations 5 et 6, trouver la relation de U
S
en fonction de U, R
1
et R
2
. (relation 7)
Limitation du fonctionnement linéaire :
On considère que la tension de sortie U
S
ne peut dépasser U
SAT
= 15 V et -U
SAT
= -15 V. Tant que la tension U
S
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 U
S
, R
1
et R
2
.
Calculer les valeurs de U à ne pas dépasser pour rester dans le domaine linéaire :
R
2
= 4,7 kΩ , R
1
= 1 kΩ. Si U
S
= + 15 V , U = ..........
Si U
S
= - 15 V , U = ..........
L'AO fonctionne en régime linéaire pour U compris entre ........ et .......... .
R
2
= 10 kΩ , R
1
= 1 kΩ. Si U
S
= + 15 V , U = ..........
Si U
S
= - 15 V , U = ..........
L'AO fonctionne en régime linéaire pour U compris entre ........ et .......... .
Intérêt du montage :
Quel peut-être l'intérêt d'un tel montage?
III Étude du montage soustracteur (ou différentiel):
Soit le montage ci-dessous.
Y.MOREL L'amplificateur opérationnel Page 3/4
AO 1
∞
R
R
R
R
-
+
U
2
U
1
U
S
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 U
1
= 3V et la tension U
2
= 1V.
Faites vérifier.
2-
Régler les tensions U
1
et U
2
comme indiquées dans le tableau et mesurer la tension U
S
.
U
1
(V) U
2
(V) U
S
(V)
3 1
5 2
2 4
1 3
3- En observant le tableau de mesures, essayer de trouver une relation entre U
1
, U
2
et U
S
.
4- Quel peut-être l'intérêt d'un tel montage.
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.
Exemple : la maille (ABCDENPA)
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 : U
PN
– U
AB
– U
BC
– U
DE
= 0
Loi d'ohm :
La tension aux bornes de la résistance est :
U
=
R
×
I
.
Autres relations :
I=U
R
et
R=U
I
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U
BC
U
AB
U
PN
+
-
A B C D
E
P
N
U
DE
R
I
U