TP DE SYNTHESE AOP

TP DE SYNTHESE : AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL
1ère PARTIE
Il s’agit d’étudier le fonctionnement de deux montages « basiques » pour bien comprendre les différences entre
les deux régimes de fonctionnement. Plus précisément , on s’intéressera à la « réponse » de chaque circuit
( variations de la tension de sortie vs) à une tension d’entrée identique.
MONTAGE N°1
Le montage étudié est représenté ci-dessous :
1) Etude théorique :
+15 V
R1
Question 1:
Quel est le régime de fonctionnement de
l’AOP ? Pourquoi ? Calculer la valeur de la
tension v+ si R1 = 10 kΩ et R2 = 2,2 kΩ..
+15 V
v+
R2
ve
GBF
8
+
AO
vs
-15V
Question 2 :
Rappeler la règle de fonctionnement du
composant dans ce régime et en déduire les
variations de la tension de sortie vs lorsqu’on
applique à l’entrée la tension dessinée sur le
document-réponse 1.
2) Etude pratique :
Question 3:
Réaliser le montage . régler le GBF pour qu’il délivre la tension ve définie à la question 2 et vérifier que les
variations de vs sont conformes à votre prédétermination. Pour observer ces variations, il vous faut un
oscilloscope !
FAIRE VERIFIER
MONTAGE N°2
Le montage étudié est représenté ci-dessous :
1) Etude théorique :
R2 = 4,7kΩ
8
R1 = 2,2kΩ
v-
ve
+
vs
Question 4:
Quel est le régime de fonctionnement de l’AOP ?
Pourquoi ? Ecrire l’expression de v- en fonction de
vs , R1 et R2. Exprimer v+ en fonction de ve .
Appliquer la règle de fonctionnement du régime
linéaire pour trouver l’expression de vs en fonction
de ve.
Question 5 :
Rappeler la règle de fonctionnement du composant
dans ce régime et en déduire les variations de la
tension de sortie vs lorsqu’on applique à l’entrée la
tension dessinée sur le document-réponse 1.
2) Etude pratique :
Question 6:
Réaliser le montage et vérifier que les variations de vs sont conformes à votre prédétermination.
FAIRE VERIFIER
2ème PARTIE
Il s’agit d’étudier le fonctionnement du montage « suiveur ».
Question 7
Réaliser le montage de la figure ci-contre avec V1 = 15 V ; on
prendra R1 = 2,2 kΩ et R2 = 4,7 kΩ. Mesurer V : comparer à la
valeur théorique.
Ce montage sera conservé pour la suite !
V1
R1
V
Question 8
Réaliser le montage de la figure ci-contre ; RL est une boîte à
décades qui sera réglée à 5 kΩ. Garder le voltmètre pour mesurer
V.
R2
V1
R1
V
R2
RL
Question 9
Mesurer V. Que se passe t-il si on fait varier la valeur de RL ?
Question 10
Vérification théorique.
Exprimer V en fonction de V1, R1, R2 et RL ; faire l’application numérique avec V1 = 15 V , R1 = 2,2 kΩ ,
R2 = 4,7 kΩ et RL = 5 kΩ pour retrouver la valeur mesurée.
FAIRE VERIFIER
Question 11
Se reporter au montage ci-contre : en appliquant la
règle de fonctionnement du régime linéaire, trouver
la relation entre v et vS. Que peut-on dire du courant
i+ ?
+15V
i+
VS
V
-15V
Question 12
Réaliser le montage précédent (il sera conservé pour la suite ).
Appliquer à l’entrée une tension continue V = 5 V ; mesurer Vs. Conclusion ?
Question 13
Pour comprendre à quoi sert le montage suiveur vous allez l’intercaler entre le diviseur de tension de la
question 7 et la boîte à décades ( montage ci-dessous ) ; prévoir deux voltmètres pour mesurer v et vS
+15V
+15V
R1
i+
V
R2
-15V
VS
RL
Régler RL à 5 kΩ ; mesurer v et vs.
Faire varier la valeur de RL : quelle est l’influence de cette variation sur la valeur de v ?
Conclusion sur le rôle du montage suiveur .
SIMULATION INFORMATIQUE
On se propose de vérifier le fonctionnement des deux montages étudiés dans la première partie en utilisant un
logiciel de simulation
Le logiciel PSIM permet de simuler le fonctionnement d’un circuit électrique ou d’un montage électronique. Sa
mise en œuvre se déroule en deux temps :
1° phase :
L’opérateur doit « dessiner » le circuit dans la fenêtre PSIM et définir les composants
( tension des sources, valeur des résistances etc … )
2° phase :
Il faut « lancer » la simulation et le logiciel trace les courbes correspondant aux variations des grandeurs
électriques choisies par l’opérateur ( tensions, courants …).
« Câblage » du montage N°1
Question 14 :
« Prendre » un amplificateur opérationnel ( simple clic ) dans le menu Elements / Power / Other / Op.Amp et le
placer dans la fenêtre de « dessin » PSIM.
Cliquer sur l’icône select ( flèche blanche ) de la barre d’outils supérieure puis sélectionner l’ampli.op. par un
double-clic : dans la fenêtre qui s’ouvre, on peut choisir un nom et régler la tension d’alimentation : choisir
AO1 et +- 15 V. Fermer la fenêtre.
Question 15 :
« Prendre » dans la barre d’outils inférieure les résistances R1 et R2 ( double-clic) et les faire glisser jusqu’à leur
place .
Sélectionner chaque résistance ( double-clic) pour régler sa valeur en Ω ; on peut faire afficher la valeur en
cliquant dans la case display .
Question 16 :
Liaisons à la masse ( prendre le symbole de masse ground dans la barre d’outils inférieure).
Question 17 :
Branchement des « appareils de mesure » :
Prendre trois voltmètres : en placer un à l’entrée pour la mesure de ve , un aux bornes de R2 pour la mesure de
v+ et un à la sortie pour la mesure de vs.
On peut faire pivoter les symboles en les sélectionnant et en cliquant sur l’icône rotate de la barre d’outils
supérieure.
Question 18 :
Pour simuler le fonctionnement , il faut prendre une source de tension triangulaire ( barre d’outils inférieure )
et la placer à l’entrée ; la sélectionner : dans la fenêtre qui s’ouvre :
Name : ve
V peak to peak : 4 V
Frequency : 1000 Hz
Duty cycle : 0.5
DC offset : 4 V
Faire afficher le nom et la valeur de la tension.
Question 19 :
Relier les composants entre eux avec des « fils » ( icône wire de la barre d’outils supérieure).
Lancement de la simulation
Question 20 :
Le dessin du circuit est terminé : il faut « lancer » la simulation.
Cliquer sur l’icône Run simulation ( barre d’outils supérieure) : une fenêtre s’ouvre, dans la « colonne » de
gauche apparaît la liste des « grandeurs disponibles » v+ , ve et vs.
Sélectionner v+, ve et vs et les transférer dans la colonne de droite « variables à afficher » en cliquant sur Add
puis OK.
Les courbes correspondantes doivent s’afficher.
Question 21 :
Il faut maintenant procéder à quelques réglages .Ouvrir le menu simulate dans la barre d’outils supérieure et
cliquer sur simulation control : un cadran d’horloge apparaît ; Double cliquer sur ce cadran pour ouvrir la
fenêtre de réglage des paramètres de simulation ; les valeurs à appliquer sont données dans le tableau cidessous :
Time Step
Total Time
Print Time
Print Step
Load Flag
Save Flag
Question 22 :
Effectuer la simulation du montage N°2.
1 E-005
0.005
0
1
0
0