1ère GEN 2007-2008

1ère GEN 2007-2008
TP16.
TP n°16 :fonction amplification : amplificateur opérationnel
en régime saturé.
Buts du TP : on étudie le montage comparateur avec deux systèmes : une photorésistance (montage
allumeur de réverbère) et un moteur à courant continu. Pour chaque système, on utilise un montage
comparateur avec une LED en sortie pour indiquer :
 si la luminosité est suffisante pour le montage avec une photorésistance.
 si la vitesse du moteur est comprise entre deux bornes pour le moteur à courant continu.
1°) - . préambule utile aux deux montages.
+
d
V
E+

s
_
Vs
E-
Rappeler le fonctionnement de l’amplificateur opérationnel en régime saturé.
Rappeler les deux conditions pour qu’un montage à ampli op fonctionne en régime saturé.
A la suite de l’AO en régime saturé, on placera une diode électroluminescente (LED) :
+

I
Vd
E+
R
s
_
E-
Vs
VD
Pour les LED utilisées (rouge ou verte), la tension de seuil (tension lorsque la LED éclaire) vaut 1,8 V.
Calculer la résistance R sachant qu’on désire un courant de I = 80 mA lorsque la LED éclaire.
2°) - .étude du montage avec une photorésistance.
étude de la photorésistance : la photorésistance est un composant
passif dont la résistance varie avec la luminosité.
On veut mesurer la résistance de la photorésistance dans 3 cas :
 obscurité.
E
 lumière ambiante.
 éclairage par une autre source de lumière (ampoule).
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I
U
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On a effectué le montage suivant pour les trois situations décrites ci-dessus et on a obtenu les trois
courbes ci-dessous :
U (V)
I (mA) Obscurité
I (mA) Ambiance
I(mA) Eclairage
0
0
0
0
3
0.48
1.45
4.6
6
0.97
2.9
9.3
9
1.46
4.4
14.2
12
1.95
5.7
19.2
15
2.43
7.25
24.6
18
2.93
8.65
31
Déterminer la résistance de la photorésistance dans les trois cas.
15 V
L'allumeur de réverbère
R1
R
+
E=5V
R1 = 3,3 k
E' = 6 V
S
-
E' = 6 V
R2
E
Vs
Préparation :




Montrer que V+ = E = 5 V et exprimer V- en fonction de R1, R2 et +15 V.
Rappeler la condition pour avoir VS = + Vsat .
Calculer alors la valeur de R2 qui permet le basculement de la tension de sortie Vs, en fonction
de R1 et de E.
Dans quel cas la LED est-elle allumée ?
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Expérience
 Faire le montage. Placer l'ampoule près de la photorésistance. L'alimenter sous 6 V.
 Quel est l'état de la LED ? Est-ce logique d'après vos résultats précédents (travail préliminaire et
étude de la photorésistance) ?
 Diminuer ensuite E' jusqu'à obtenir le changement d'état de la DEL. Déconnecter alors la
résistance R1 et l’ampli op et, sans rien changer d'autre, mesurer la résistance R2 à l'ohmmètre.
Comparer avec la théorie. Conclure.
 Commenter l'utilité d'un tel montage.
3°) - étude du montage comparateur à AO pour visualiser la vitesse de rotation d’un
moteur à courant continu.
On utilise un moteur à courant continu tel que celui de la photo ci-dessous :
Avant quoi que ce soit, les bornes inducteur du moteur doivent être alimentées par un courant continu
Iex = 1 A (bornes inducteur) et ce courant doit rester présent tout au long de la manipulation. On
commencera donc par placer un courant de Iex = 1 A en utilisant la limitation de courant d’une
alimentation continue.
Ce moteur doit ensuite être alimenté par une tension continue U de 0 à 25 V (bornes induit) et la vitesse
du moteur est à peu près proportionnelle à U.
On mesure la vitesse du moteur à l’aide des bornes AT : on obtient sur ces bornes une tension sinusoïdale
dont la fréquence et l’amplitude varient linéairement avec la vitesse .
Câbler le moteur et visualiser la tension VAT sortant des bornes AT pour U = 8 V.
Relever l’amplitude et la fréquence de VAT pour les valeurs de U suivantes :
U
0V
f de VAT en Hz
15 V
U1 =
V
133
20 V
U2 =
V
25 V
200
amplitude
En fait, la vitesse est définie par :  = f / 8 si on exprime  en tours / sec.
Donner la formule reliant  à f si on veut exprimer  en tours / min.
Que vaut la fréquence f si on veut  = 1 = 1000 tr/min et  = 2 = 1500 tr/min
Rappeler les 2 valeurs de U (notées U1 et U2) qui correspondent à 1 = 1000 et 2 = 1500 tr/min.
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On veut récupérer une tension continue qui corresponde à l’amplitude de VAT. On propose le montage
suivant :
On obtient une tension de sortie uR(t)
VAT
D est une diode 1N4148 et les valeurs de R et C sont : R = 470 k et C = 1 F.
Effectuer le montage et visualiser les courbes VAT(t) et uR(t) pour une valeur de U de 20 V.
Montage avec des amplificateurs opérationnels en fonctionnement comparateur : on voudrait obtenir une
indication de la vitesse du moteur à l’aide de montages à AO et de diodes électroluminescentes.
On veut :
 que la diode verte soit allumée si la vitesse  du moteur
est inférieure à 1000 tr/min.
 qu’aucune diode ne soit allumée si la vitesse  du moteur
est entre 1000 tr/min et 1500 tr/min.
 que la diode rouge soit allumée si la vitesse  du moteur
est supérieure à 1500 tr/min.
On propose le montage de la page suivante :
On donne le brochage du TL082 qui comporte
deux ampli op :
R
15V
uR
+
R1
S
-
rouge
R2
AO n°2
U2
R
S
R3
+
U1
uR
verte
AO n°1
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uR est la tension de sortie du montage précédent et U1, U2 sont les deux tensions correspondant à des
vitesses du moteur 1 = 1000 tr/min et 2 = 1500 tr/min.
Montrer, à l’aide de la formule du diviseur de tension, que :
o
U1 =
R3
15
R1 R2  R3
o
U2 =
R3  R2 15
R1 R2  R3
Sachant que R1 = 10 k, et connaissant les valeurs de U1 et U2, calculer les valeurs de R2 et de R3.
Montrer que les valeurs R3 = 820  et R2 = 470  répondent à peu près au problème.
Remplir le tableau théorique suivant :
valeur de 
 < 1000 tr/min
valeur de U
sortie de
l’AO n°2
état de la
diode verte
état de la
diode rouge
U<
1000 <  < 1500
 > 1500 tr/min
sortie de
l’AO n°1
<U<
U>
En déduire que ce montage répond bien au problème posé.
Effectuer ce montage en commençant par placer Iex = 1 A comme indiqué au début.
Augmenter progressivement U de 0 à 25 V pour que la vitesse augmente.
Observer l’état des diodes. Noter les valeurs des seuils de basculement des diodes. Comparer avec ce qui
est attendu
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