Exercice VI : Amplification

-1-
UNIVERSITE D’ANGERS
EXERCICE I
On dispose du datasheet de l’amplificateur LM101 (voir document joint en annexe) :
a)
Rappeler les caractéristiques d’un amplificateur idéal.
L’ALI idéal à une résistance d’entrée infinie ce qui se traduit par des courants
d’entrée i+ et i- nuls.
L’amplification en boucle ouverts AV0 est infinie.
La résistance de sortie est nulle
La tension de sortie sature aux tensions d’alimentations.
b)
Que faut-il pour qu’un amplificateur ne soit pas saturé ?
La règle est que : V+ = V- pour qu’un ALI ne soit pas saturé
c)
Expliquer le rôle de chaque connexion par rapport aux signaux envoyés :
Réponse :
-
-
Broches V+ et V- : Alimentation. Les ALI sont pour la plupart destinés à être
alimentés par des sources symétriques de ±5v à ±35V. Entrée et sortie du montage
sont référencées par rapport à la masse de l’alimentation.
Entrée inverseuse : Le signal de sortie sera déphasé de 180° par rapport au signal
appliqué à cette entrée
Entrée non inverseuse : Le signal de sortie sera en phase par rapport au signal
appliqué à cette entrée
Compensation de la tension de décalage (offset null) : ces entrées permettent de
compenser le décalage des entrées + et – afin d’obtenir Vs= 0V si V+ = V- .
Compensation en fréquence : pour améliorer la courbe de réponse d’un ALI, on
utilise une capacité de compensation. Cette capacité peut être à l’extérieur du
boîtier de l’amplificateur ou intégrée.
-2Exercice II
On dispose dans une salle de travaux pratiques d’un pont de Wheatstone qui nous permettra de
déterminer la valeur d’une résistance.
On réalise le montage en pont complet représenté sur la figure ci-dessous :
A
R1
R3
E= 9V
R1= 10 K ¼ W
R2= 3.3 K ¼ W
R3= 4.7 K ¼ W
E
C
V
R2
D
RD
B
a) Que vaut UCD à l’équilibre du pont ?
A l’équilibre UCD=0V
b) Donnez l’expression littérale de UCB = f (E, R1 et R2)
En appliquant la loi du pont diviseur de tension : UCB = (E* R2)/ (R1+R2)
c) Donnez l’expression littérale de UDB = f (E, R3 et RD)
En appliquant la loi du pont diviseur de tension : UDB = (E* RD)/ (R3+ RD)
d) Donnez l’expression littérale de UCD = f (E, R1, R2, R3, RD)
En appliquant la loi des mailles : UCB = UCD + UDB
UCD = UCB - UDB
d’où UCD = ((E* R2)/ (R1+R2) - (E* RD)/ (R3+ RD))
UCD = E*[ R2/ (R1+R2) - RD/ (R3+ RD)]
-3-
e) A l’équilibre , donner l’expression de RD= f (R1, R2, R3)
A l’équilibre UCD=0V d’où E*[ R2/ (R1+R2) - RD/ (R3+ RD)] =0
[ R2/ (R1+R2) - RD/ (R3+ RD)] =0
R2/ (R1+R2) = RD/ (R3+ RD)
d’où R2* (R3+ RD) = RD * (R1+R2)
R2* R3 + R2* RD = RD * R1 + RD * R2
Soit : RD = R2* R3 / R1
f)
Application numérique: à l’équilibre du pont, calculer RD
RD = R2* R3 / R1 = (3.3k* 4.7 k / 10k ) = 15.51k ¼ W
Exercice III
On veut déterminer la résistance R d’un conducteur ohmique à partir de sa caractéristique
U=f(I).
On dispose d’un générateur
multimètres.
I)
E de tension continue réglable, d’un rhéostat et de deux
Proposez un montage expérimental qui permet de relever la tension U aux bornes de
ce conducteur pour différentes valeurs de I le traversant. Précisez le sens du courant,
les bornes d’entrées et de sorties des différents appareils utilisés.
Réponse
A
I
COM
R
A
V
E
V
COM
Rh
-4II)
Quel est le rôle du rhéostat ?
Le rhéostat set à modifier la valeur de l’intensité du courant dans le circuit
III)
U (V)
I (mA)
Soit le tableau de mesures suivant :
0
0
0, 3
8,1
0,4
10,8
0,55
14,85
0,65
17,55
1
27
a) Donner le mode opératoire pour réaliser ces mesures
On place un ampèremètre en série avec les dipôles du circuit. Le voltmètre est branché
aux bornes de la résistance. On obtient la caractéristique en agissant sur le rhéostat ou
sur la tension du générateur
b) tracer la caractéristique U= f(I) de ce dipôle
Réponse
Caractéristique du dipole
30
25
U (V)
20
15
Série1
10
5
0
0
0,2
0,4
0,6
i (mA)
0,8
1
1,2
-5c) en déduire la valeur de R
C’est le cœfficient directeur de la droite, R=ΔU/ ΔI = 1 / (27 mA) = 37 
d) Le constructeur indique Pmax = 0,25W . Quelle est l’intensité maximale à ne pas dépasser
avec ce conducteur ohmique ?
Pmax = R* I2
Imax =
( Pmax / R) ½ = 0,082 A soit 82 mA
On conserve la structure du montage mais le générateur fournit maintenant une tension
constante de 24V. On lit sur le conducteur ohmique 1W et les bagues sont de couleurs
(Jaune, Violet, Marron) rouge en extrémité. Le rhéostat a pour valeur 1K, et son courant
max est de 0,1A.
Donnez la valeur ohmique de la résistance et déterminer sa valeur max et min en fonction de
la précision de celle-ci.
La valeur de la résistance est de 470  et la précision est de 2%
Soit Rmin = 470 – (470* 2%)= 460,6 et Rmax = 470 +(470* 2%)= 479,4
D’où
460.6< R () < 479,4
Exprimer littéralement la valeur de I en fonction de E, R et Rh
I= E/(R+ Rh)
Entre quelles valeurs l’intensité I est-elle comprise en tenant compte de Rnom?
Pour Rh=0 I=0,051 A
Pour Rh=1000 I=0,016 A
Montrer que R peut-être endommagée si on manipule imprudemment le rhéostat
Si on ramène le rhéostat à zéro, l’intensité du courant est I=0,051 A, la puissance reçue par la
résistance R vaut :
Pmax = R* I2= 470*0,0512= 1,22W
Soit 22% en plus de sa valeur nominale. Conséquence, elle va chauffer anormalement et à la
longue « griller »
-6Exercice IV
Soit le filtre du premier ordre :
R
R= 50K, ¼ W
C= 1 nF
Ve
C
Vs
a) Définir la nature de filtre
C’est un filtre RC passif passe-bas
b) Déterminer la constante de temps du circuit
Taux = R*C= 50000*10-9 = 50 µs
c) Déterminer la fréquence de coupure du filtre
Fc= 1/(2*pi* R*C)= 3183HZ
d) Donner l’allure de la courbe du G( DB) = f (f )
Réponse
G (DB)
fc 2 fc
-3
-6
-20
10 fc
f
-7-
Exercice V : Système de tri de pièces
Le système de contrôle permet le tri de pièces afin d’effectuer un usinage différent selon le type.
Les pièces à trier sont:
 de couleur noire (C = 0) ou blanche (C=1).
 d’épaisseur variable avec deux possibilités : épaisseur 8 (E= 0) ou 12 (E=1)
 métalliques (M=1) ou plastiques (M=0).
Lorsqu’une pièce est présente dans le système de contrôle, le capteur P indique si la pièce est
présente (P = 1).
La destination correspond à un poste d’usinage parmi 3 (U1, U2 ou U3) ou le rebut.
Capteur couleur
Capteur épaisseur
Capteur présence
Capteur matière
C
E
P
M
Système
de
controle
U1
U2
U3
Rebut
Le système de contrôle à réaliser qui aiguille les pièces, est résumé dans la table de vérité
suivante :
P
C
E
M
U1 U2
U3
Rebut
0
X
X
X
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
0
Avec X : état indifférent
a) A partir la table de vérité précédente, indiquer la destination de la pièce si celle-ci est
 plastique, d’épaisseur 12 et blanche ou noire, U1
 métallique, d’épaisseur 12 et blanche, U2
 métallique d’épaisseur 12 et noire, U3
 d’épaisseur 8. Rebut
-8b) Déduire de la table de vérité, les équations simplifiées des sorties U1, U2, U3 et Rebut.
U1 = P * E * /M , U2 = P * E * C * M , U3 = P * /C * E *M et Rebut = P * /E
c) Donner le logigramme de ce système de contrôle avec des portes NAND ou NOR.
Avec des portes ET à 4 entrées
d) Donner le schéma à contacts (Ladder) de U1 (on utilisera le symbole d’une bobine).
0V
P
E
M
U1
+V
Exercice VI : Amplification
On réalise le montage suivant :
Les amplificateurs opérationnel
sont alimenté en -12V et 12V.
R3
10k
R1
V2
-12V
11
1k
U1A
+12V
0
OUT
3
+
DC = 0.2V
1 V3
3
4
+12V
-
LM324
R4
11
0
U2A V4
1
OUT
2
0
+
V+
V1
4
LM324
V+
-
1k
V-
2
V-
R2
R5
1k
0
-12V
1k
-9a) Etude de l’étage n°1 (U1A):
Exprimer le tension de sortie de U1A repérée V3 en fonction de V1, V2, R1, R2 et
R3.
V3 = - R3/R1 (V1 + V2) avec R1 =R2
Le signal V2 est triangulaire variant de -0.2V à +0.2V (forme donnée ci-dessous).
En V1 on applique une tension continue égale à -0,2V.
V2
0.2V
V
-0.2V
Tracer le chronogramme de V3.
AN : V3 = - 10 (V2 - 0.2)
Pour V2 = -0.2V alors V3 = 4V et pour V2=0.2V alors V3=0V
V3
4V
b ) Etude de l’étage n°2 (U2A):
Tracer le chronogramme de V4.
Est-ce que la valeur maximale est supérieure à la tension de saturation de
l’amplificateur opérationnel ?
V4 = V3 * (R4+R5)/R5
AN : V4 = 2 * V3 d’où V4max = 8 V < Vsat
- 10 -
QUESTIONS GENERALES
PERCHLORURE DE FER LIQUIDE
Que signifie les symboles qui se trouvent sur le produit du perchlorure de fer :
 nocif
 risque explosif
 risque de coupure
 risque biologique
 risque chimique - danger lié aux propriétés toxicologiques
 risque chimique - danger lié aux propriétés phisiqo-chimique
Le perchlorure de fer est-il rejeté dans les eaux usées ?
 oui
 non
- Que désigne ce symbole de risque et ce panneau d’évacuation :
 risque éclair
 risque électrique
 risque zébré
- 11 -
 point d’évacuation
 issue de secours
 point de rassemblement
- Devant un feu sec (carton, papier, textile…), quels sont les extincteurs à utiliser :
 un extincteur à poudre polyvalente
 un extincteur a CO²
 un extincteur à eau.
- Habilitation électrique :
- Est-ce que toutes les habilitations doivent être précédées d'une formation aux
risques électriques ?
 oui
 non
- Par qui est-elle délivrée ?
 son employeur
 un organisme agréé
- Le titre d’habilitation comporte une codification symbolique formée de lettres
et de chiffres. Qu’indique la première lettre (B ou H) ?
 la qualité de la personne
 le domaine de tension
 la nature des opérations pouvant être réalisées.
Quelles sont les différentes étapes de fabrication d’un circuit imprimé simple face ?
Insolation
Révélation
Gravure
- Que signifie le sigle E.R.P. :
 Etablissement de Recherches Professionnelles
 Enseignement de Recherches Publiques
 Etablissement Recevant du Public