Masterpro « Outils et Systèmes de l’Astronomie et de l’Espace » C. Coillot TRAVAUX PRATIQUES d’INITIATION à l’ELECTRONIQUE (Durée : 5 Heures : 09H30-12H30 et 14H00-16H00.) La salle de travaux pratiques fait partie de l’IUT de Vélizy (voir plan ci-dessous). Adresse postale Institut Universitaire de Technologie de Vélizy Université de Versailles Saint-Quentin en Yvelines (UVSQ) 10-12 avenue de l'Europe - 78140 Vélizy Tél : 01 39 25 48 33 - Fax : 01 39 25 48 13 Accès par le bus Ligne RATP n°295 départ Châtillon/RER : descendre à l'arrêt Vélizy 2. Ligne RATP n°390 départ Bourg-la-Reine/RER : descendre à l'arrêt Vélizy 2. Ligne RATP n°179 départ Pont de Sèvres : descendre à l'arrêt Vélizy 2. Ligne RATP n°190 départ Mairie d'Issy/M12 : descendre au terminus Rue Dewoitine. Ligne RATP n°379 départ Fresnes Roosevelt : descendre à l'arrêt Vélizy 2. Christophe Coillot Tél : 01 39 25 48 58 email : [email protected] Masterpro « Outils et Systèmes de l’Astronomie et de l’Espace » C. Coillot 1) Filtres passifs 1.1) Simulation Pspice a) Donner les transmittances théoriques ( T ( jω ) = Vs ) des montages ci-dessous. Ve Dessiner les circuits, placer une source de type « Vac », cliquer 2 fois sur la source pour la paramétrer. Pour la mesure de tension, aller dans le menu « Marker », choisir « Mark Advanced » puis choisir « vdB » (mesure de tension en dBV) et placer une sonde sur la source de tension et une sur la charge « R ». Utiliser l’icône « setup analysis » puis choisir « AC sweep » et définir les paramètres de la simulation fréquentielle (START=10 ; STOP=10000K ; choisir « Decade »). Attention : la fréquence « STOP » ne doit pas être écrite « 10M », le « M » est réservé à milli et non Mega. b) Simuler les 3 montages dans la gamme de fréquence [100Hz ; 10MHz] c) Décrire simplement les fonctions remplies par chacun de ces filtres. Ve C3 C2 R1 Vs Ve 1k 1Vac 0Vdc C1 1n Vs 1n R2 1k 1Vac 0Vdc 0 L1 Ve 1n 2 Vs 1mH 1Vac 0Vdc 0 1 R4 1k 0 Filtre passif 1 Filtre passif 2 Filtre passif 3 d) En vous inspirant de la fonction remplie par le filtre passif n°3, proposer une structure qui permettrait de ne laisser passer qu’une seule fréquence (ou filtre sélectif). Simuler ce circuit, puis donner l’expression de sa transmittance. 2) Redresseur à diodes double alternance (PD2) La charge peut être représentée par une résisance équivalente de 1kOhms. Décrire le principe de fonctionnement de ce montage (vous considérerez la diode comme étant idéale si Vd>0 la diode est passante Rd=0Ω, si Vd<0 la diode est bloquée Rd=inf.). 2.1) Simulation Pspice Réaliser le montage du pont de diode. Le composant diode sera réalisé à partir du composant Dbreak). Dessiner les circuits, placer une source de type « Vsin », cliquer 2 fois sur la source pour la paramétrer. Pour effectuer la mesure de tension utiliser l’icône « voltage probe » pour la mesure aux bornes de la charge R et, dans le menu « Marker », choisir « Voltage differential » pour la mesure aux bornes de la source de tension placée à l’entrée. Utiliser l’icône « setup analysis » puis choisir « Transient » et définir les paramètres de la simulation (FINAL TIME=100ms (ou davantage) ; STEP CEILING=0.1ms (définit le pas de calcul)). a) Relever l’allure de la tension de sortie, la valeur max, la valeur moyenne et l’ondulation de tension de sortie. Relever les 5 premiers harmoniques du spectre de la tension de sortie. Masterpro « Outils et Systèmes de l’Astronomie et de l’Espace » C. Coillot b) Rajouter en parallèle avec la charge un condensateur de filtrage de valeur C=100µF et relever : la valeur maximale de la tension, la valeur moyenne et l’ondulation de tension (valeur max - valeur min). c) Rajouter au montage précédent, une inductance de filtrage de valeur L=100mH (montage figure ci-dessous) relever : la valeur maximale de la tension, la valeur moyenne et l’ondulation de tension (valeur max - valeur min). Relever les 5 premiers harmoniques du spectre de la tension de sortie. d) Conclure sur l’effet de L et C. Relever l’amplitude du fondamental avant puis après filtrage. Justifier et vérifier la relation suivante entre les harmoniques avant (Vs) et Vs h après filtrage (Vs’) : Vs h ' ≈ 1+ j L ω − LCω 2 R . Proposer une méthode pour choisir L et C en fonction de l’atténuation de l’ondulation souhaitée. L2 VOFF = 0 VAMPL = 100V FREQ = 50 V5 1 D5 D1N1190 D6 D1N1190 R6 1000 D8 D1N1190 VOFF = 0 VAMPL = 100V FREQ = 50 V4 2 100mH D1 D1N1190 D2 D1N1190 Vs D7 D1N1190 D4 D1N1190 Vs’ C4 100u R5 1000 D3 D1N1190 0 0 Pont de diode sur charge R Pont de diode sur charge R + filtrage LC Conclure sur les applications de ce type de montage. 3) Montages à amplificateurs opérationnels Dessiner les circuits, et définir les paramètres de la simulation (icone « setup analysis ») : simulation temporelle « Transient », FINAL TIME=100ms (ou davantage) ; STEP CEILING=0.1ms. 3.1) Comparateur Le composant utilisé est l’AOP : LM324. a) On considère le montage de la figure ci-dessous (N.B. : rajouter les alimentations de l’AOP: V+=+15V et V-=-15V). Le signal d’entrée est un signal sinusoïdal d’amplitude 1V et de fréquence 50Hz. Quelle est la fonction remplie par ce montage ? b) Faire varier la fréquence, que remarquez-vous ? Relever le « slew-rate » (pente de variation de la tension de sortie : dV/dt en (V/µs). U1 + V6 OUT VOFF = 0 VAMPL = 1 FREQ = 50 - OPAMP 0 AOP utilisé en comparateur R7 1k 0 Masterpro « Outils et Systèmes de l’Astronomie et de l’Espace » C. Coillot 3.2) amplificateur inverseur a) Réaliser le montage amplificateur inverseur de la figure ci-dessous et simuler son comportement pour une source à la fréquence de 100Hz. b) Simuler le comportement fréquentiel (100Hz à qqMHz). Que remarquez vous ? V8 8 15 U3A 3 V+ 0 + 0 OUT 2 1k - 0 V7 R8 1k V- TL082 VOFF = 0 VAMPL = 0.1 FREQ = 10000 1 4 R10 V9 15 0 R9 0 10k AOP utilisé en amplificateur inverseur 3.3) Amplificateur inverseur : synthèse d’un AOP par schéma-bloc a) Compléter les blocs de la figure ci-dessous pour réaliser une fonction identique à l’AOP monté en amplificateur inverseur. b) Effectuer les simulations en utilisant les blocs : DIFF, LAPLACE, GAIN. c) Quelles sont les différences avec le « vrai » AOP ? Vs A V+ 1 VB 1 Représentation par schéma-bloc d’un AOP en montage inverseur d) Remplacer le gain de l’AOP par sa « transmittance » réelle de l’AOP : T(jw)=Ao/(1+jw/wo), de manière à retrouver le comportement fréquentiel obtenu avec le montage « Amplificateur inverseur avec AOP » en déduire les valeurs de Ao et wo de cet AOP. 3.4) Filtres actifs (structure de type Rauch) Simuler le comportement fréquentiel de chacun des montages ci-dessous. U4 U2 0 R13 1k C5 C6 1n 1n + 0 OUT - V11 1Vac 0Vdc C7 1n 0 0 R16 1k + C11 0 R17 OUT - OPAMP R11 1k R12 1k 1k V12 1Vac 0Vdc C10 1n 0 0 1n OPAMP R14 1k R15 1k 0 Filtre actif n°1 Filtre actif n°1 Quelles sont les fonctions réalisées et avec quelles performances (fréquence de coupure, gain, etc…). Masterpro « Outils et Systèmes de l’Astronomie et de l’Espace » C. Coillot 4) Modulation + démodulation synchrone En combinant les fonctions mathématiques de la librairie « ABM » avec les fonctions analogiques, réaliser : a) Multiplication d’un signal (bloc MULT), à la fréquence 100Hz (d’amplitude 1V) par un signal à la fréquence 20kHz (d’amplitude 5V). Décrire la réponse temporelle et le spectre de cette réponse b) Ajouter au signal précédent (bloc SUM), un second signal, de fréquence 100Hz (d’amplitude 0.5V) multiplié par un signal à la fréquence 25kHz. Visualiser les spectres obtenus en sortie. c) Remultiplier le signal obtenu à la question a) par l’oscillateur à 20kHz. Rajouter un bloc de filtrage du premier ordre (bloc LAPLACE) avec une fréquence de coupure à 200Hz. Qu’obtient on ? d) Faire de même avec le signal obtenu à la question b), qui sera remultiplié par l’oscillateur à la fréquence 25kHz. e) Quel est l’intérêt de ce type de transformation. Décrire les applications de ce type de transformation de signaux physiques. N.B.1: Vous pourrez appuyer vos explications par les développements mathématiques adéquats. N.B.2: le montage complet est représenté en Annexe 2. Faculatifs : 5) Oscillateur à pont de Wien : Reprendre le schéma étudié dans le cours d’initiation à l’électronique et le simuler. 6) Montage à transistor Réaliser et simuler le montage de la figure ci-dessous. Décrire la fonction réalisée. R16 60k R15 L1 1 10 2 44uH V9 V Q5 Q2N3904 C9 25p 0 3Vdc C10 25p Masterpro « Outils et Systèmes de l’Astronomie et de l’Espace » C. Coillot Annexe 1 : Eléments d’utilisation du logiciel Pspice Pour démarrer : Ouvrir (chemin : Programmes→Pspice_Students →schematics) Pour placer un composant : Icône → GetNewPart→ puis choisir dans la liste Pour relier les composants électriquement, utiliser l’icône « crayon ». Pour placer une source : Vac : source alternative pour étude harmonique Vsin : source sinusoïdale (fixer la fréquence) pour étude temporelle (mode transient, voir plus bas) Cliquer 2 fois sur la source pour la paramétrer Placer une référence de masse (dans « get new part »), nommée : « GND_ANALOG ». Pour faire tourner un composant : CTRL+R Pour placer une sonde de mesure : Soit icône → mesure de tension Soit menu Marker → choix de mesure (voltage, current, voltage dB…) Pour définir le mode de simulation : temporel ou fréquentiel (et les durées de simulation ou gamme de fréquence) Cliquer sur Icône « setup analysis » → Transient (étude temporelle) → AC/sweep (étude harmonique) N.B. : Vérifier que les paramètres de la simulation concordent avec vos échelles de temps et/ou de fréquence. - Pour choisir les sources (tension ou courant) : Pour une simulation avec une source à une fréquence donnée, utiliser le composant (Part) : Vsin Pour une simulation avec une source balayée en fréquence (analyse harmonique), utiliser le composant: Vac Masterpro « Outils et Systèmes de l’Astronomie et de l’Espace » C. Coillot Annexe 2 : principe d’une modulation-démodulation pour la transmission de signaux. 1 1 + s/(6.28*200) R18 1k VOFF = 0 VAMPL = 1 FREQ = 100 V13 VOFF = 0 VAMPL = 5 FREQ = 20k V14 0 1 1 + s/(6.28*200) 0 0V 0V R19 1k V15 VOFF = 0 VAMPL = 0.5 FREQ = 100 V16 VOFF = 0 VAMPL = 5 FREQ = 25k 0 Support de transmission : câble, fibre optique, air, etc. 0