TP Mesure - Redressement
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UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 1/11 M.Deloizy ELECTRONIQUE ANALOGIQUE TP1 : Mesure - Redressement Composants : 100Ω/4W, zener 3,3V/1W, transformateur 9 ou 12 volts, 4 diodes type 1N4004 ou 1N4007, plaquette à essais spéciale redressement. I. Mesure. Visualiser la tension de sortie VS du transformateur fourni. Relever les valeurs moyenne (Vm) et crête (Vc) de VS, ainsi que la période Ts du signal. En déduire la fréquence Fs du signal. A partir des mesures précédentes déterminer la tension efficace Veffth. Mesurer cette tension (Veffmes) au voltmètre. Vm Vc Veffth Veffmes Ts Fs Conclusion : VZ II. Caractéristique d'une diode zener. On désire tracer la caractéristique ID(VD) d'une diode zener 3,3Volts (BZX3V3). Pour cela, réaliser sur plaquette à essais le montage représenté ci-contre. On fera varier la tension continue VE entre -8 volts et +8 volts. La résistance R valant 100Ω, relever les tensions VD et VR (ou -VR) pour différentes valeurs de VE. En déduire le courant ID pour chaque point V E de fonctionnement. Reporter les résultats sur le graphe ci-dessous. Courbe ID(VD) ID R VR UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 2/11 M.Deloizy III. Redressement. III.1 Redressement simple alternance. Réaliser le montage représenté ci-contre. Reporter sur le quadrillage fourni la forme d'onde de la tension Vs obtenue sur la résistance R. Mesurer les valeurs moyenne (Vm), crête (Vs) et efficace (Veff) de la tension Vs. Déterminer les valeurs théoriques correspondantes. Vmoy. Vcrête Veff Valeurs mesurées : Valeurs théoriques : Quelle est la puissance transmise à la résistance ? ........................................................................................................... Remarques et conclusion : Redressement simple alternance : Forme d'onde III.2 Redressement double alternance. Réaliser le montage représenté ci-contre. Effectuer les mêmes mesures qu'avec le montage redresseur simple alternance. Redressement double alternance : Forme d'onde UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 3/11 M.Deloizy Vmoy. Vcrête Veff Valeurs mesurées : Valeurs théoriques : Quelle est la puissance transmise à la résistance ? .................................................................................... Conclusion : III.3. Filtrage. On utilise le montage double alternance étudié précédemment. Pour 'lisser' la tension de sortie du montage, on place un condensateur C en parallèle sur la résistance (bien vérifier la polarité du condensateur avant sa mise en place). On prend successivement C=100µF puis C=1000µF avec R=100 Ω. Relever les formes d'onde obtenues. Mesurer dans chaque cas la valeur moyenne de la tension obtenue sur la résistance et l'amplitude de l'ondulation. En déduire le taux d'ondulation pour chaque valeur de C. Redressement double alternance filtré : Formes d'onde en fonction de C C=100µF Vmoy ∆V ∆V/Vmoy Conclusion : C=1000µF UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 4/11 M.Deloizy ELECTRONIQUE ANALOGIQUE TP 2 : Amplification à transistors Composants nécessaires à la manipulation : BC337 ou équivalent 330Ω, 1kΩ, 3.3kΩ, 3.9kΩ, 18kΩ, 220nF, 10µF I. Montage charge répartie. I.1. Dimensionnement du montage. Le montage charge répartie est représenté ci-contre. Il est alimenté par la tension VCC=12 volts. Le transistor utilisé est un BC337 dont les caractéristiques sont les suivantes : VBE = 0,6volt ; β = 100 à 600 (gain en courant) a) Etude dynamique : calcul du gain. Ce montage est utilisé en amplificateur fournissant un gain G sur les signaux périodiques. VIN étant une tension sinusoï dale, on obtiendra alors en sortie du montage une tension VS sinusoï dale d'amplitude G fois plus grande. Les condensateurs permettent l'élimination des composantes continues sans altérer les signaux périodiques : ce montage ne permet pas d'obtenir l'amplification des signaux continus. En l'absence de signal d'entrée (VIN = 0), les grandeurs VB, VE, VCE, VC, IP, IB et IC sont constantes et correspondent au point de polarisation statique permettant un fonctionnement correct du transistor. Ces grandeurs seront alors notées respectivement VB0, VE0, VCE0, VC0, IP0, IB0 et IC0. Pour calculer le gain du montage, on s'intéresse au régime dynamique : on considère une variation de la tension VIN d'amplitude +∆VIN, et on étudie l'effet de cette variation sur le montage, permettant d'obtenir ∆VS. Le gain G sera alors donné par : G = ∆VS/∆VE. Le condensateur CE transmettant intégralement les variations de tensions, la variation de VIN produira donc sur la base une tension VB = VB0+∆VIN. En déduire la valeur de VE en supposant que VBE reste constante. VE = Connaissant VE, on trouve IE ≈ IC = On obtient alors VC = Et VS, la partie variable de VC vaut : D'ou G = Dimensionnement des éléments du montage : On choisit RC = 1kΩ et on désire un gain G ≈ 3. Calculer RE. On prendra les résistances dans une série normalisée E12 à 5% dont les valeurs de base sont les suivantes (12 valeurs) : 1 ; 1,2 ; 1,5 ; 1,8 ; 2,2 ; 2,7 ; 3,3 ; 3,9 ; 4,7 ; 5,6 ; 6,8 ; 8,2 Les valeurs de résistances disponibles sont ces valeurs de base multipliées par une puissance de dix (Ex : 2,2Ω, 15kΩ ou 6,8MΩ). Valeur de RE = Les autres résistances seront calculées en supposant le régime statique (VIN=0). Afin d'assurer une polarisation correcte du transistor, il est nécessaire d'obtenir VCE0≈ VCC/2. En déduire le courant IC0 correspondant et la valeur de VE0. Le gain en courant du transistor étant un paramètre mal connu (car subissant de fortes fluctuations), calculer la valeur maximale de IB0 à partir de β. IC0 = VE0 = IB0 = pour β = UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 5/11 M.Deloizy La tension VE0 est imposée par la tension de base VB0, qui elle-même est fixée par le pont de polarisation constitué de R1 et R2. Pour obtenir une tension VB0 indépendante de IB0, on choisit de prendre IP0>>IB0, soit : IP0 > 10.IB0. Dans ces conditions, déterminer VB0, IP0, R1 et R2. VB0 = IP0min = R2 = R1 = I.2. Essais du montage. Câbler le montage charge répartie en utilisant les valeurs calculées dans la partie précédente. On choisira CE=220nF. CS pourra être omis, la sortie du montage étant ici directement appliquée sur les appareils de mesure capables d'éliminer la composante continue. a) Vérifier la polarisation statique du montage. VB0 = VE0= VC0 = BC337 C B E VCE0 = b) Appliquer une tension sinusoï dale VIN d'amplitude 1volt, et de fréquence 1kHz. Observer le signal de sortie. Quelle est son amplitude ? En déduire le gain du montage. VIN = 1volt VS= G= Conclusion : I.3. Caractéristiques dynamiques. a) Mesure de la bande passante. Faire varier la fréquence du signal d'entrée de part et d'autre de 1kHz, jusqu'à obtenir une atténuation de -3dB (amplitude de VS divisée par 2 ). Relever en ces points les fréquences correspondantes. FB = FH = b) Mesure de l'impédances d'entrée : Revenir à une fréquence de fonctionnement de 1kHz. Placer en série avec le condensateur d'entrée une résistance RM de 3,3kΩ. on obtient alors le montage équivalent représenté ci-dessous, dans lequel ZE représente l'impédance d'entrée du montage charge répartie. ZE Exprimer ZE en fonction de V1, VIN et RM. En déduire la valeur de ZE. UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 6/11 M.Deloizy Expression littérale : Valeur mesurée : ZE = ZE = c) Amplitudes maximales : Appliquer à l'entrée du montage charge répartie un signal sinusoï dal de 1kHz. Augmenter progressivement son amplitude tout en observant le signal de sortie. Visualiser sur l'oscilloscope la courbe VS(VIN). Tracer cette courbe sur la grille ci-dessous. Relever l'amplitude maximale du signal d'entrée (VINmax), et celle du signal de sortie (VSmax) produisant une distorsion acceptable. Lorsque le signal de sortie est écrêté, relever les valeurs crête à crête de VS (VSL et VSH). Courbe VS(VIN) VINmax = VSmax = VSL = VSH = Montage charge répartie : conclusion : II. Montage émetteur commun. Le montage émetteur commun est identique au précédent, en plaçant un condensateur CE en parallèle sur RE. Ce condensateur doit court-circuiter les variations de tensions aux bornes de RE ; son impédance doit donc être négligeable devant RE aux fréquences de fonctionnement souhaitées. Exprimer l'impédance ZCE du condensateur à une fréquence f. Dimensionner ce condensateur pour que le montage fonctionne correctement à 1kHz (ZCE << RE). Expression littérale : Valeur numérique : ZCE = CE = Mettre le condensateur en place sur le montage. Adapter l'amplitude du signal d'entrée pour que les mesures suivantes s'effectuent dans la zone linéaire du montage (observer en permanence l'allure de VS sur l'oscilloscope). a) Mesurer la bande passante du montage émetteur commun. FB = FH = b) Se placer dans la bande passante. Mesurer le gain du montage, ainsi que son impédance d'entrée. G= ZE = UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 M.Deloizy Montage émetteur commun : conclusion. Comparaison avec le montage charge répartie. 7/11 UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 8/11 M.Deloizy ELECTRONIQUE ANALOGIQUE TP3 - Amplificateurs à AOP - Filtres. Composants nécessaires à la manipulation: LM741, 10Ω, 100Ω, 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ, 4.7kΩ, 470kΩ, 1nF, 10nF L'amplificateur opérationnel utilisé dans cette partie est un LM741 dont le brochage est indiqué ci-contre (vue de dessus). Les montages se feront sur plaquette d'expérimentation. Ne pas omettre de connecter les lignes d'alimentation (+Vcc et -Vcc) qui ne figurent pas sur les schémas étudiés ultérieurement. Offset nul 1 e- 2 8 NC 7 +Vcc LM741 e+ 3 6 Vs -Vcc 4 5 Offset nul 2. Montage inverseur. Relever la fonction de transfert VS(VE) du circuit représenté ci-dessous, avec R1 = 1kΩ et R2 = 10kΩ. Relever le gain (G) du montage. Noter les valeurs extrémales de VS (avant écrêtage). Amplificateur inverseur : Fonction de transfert VS/VE G théorique : G mesuré : VSmin : VSmax : Remarques, commentaires : 2. Montage non inverseur. Calculer le gain du montage amplificateur (VS/V+) : 100kΩ 100Ω VS = V+ VS VE V+ 1kΩ 10Ω Calculer le gain du montage atténuateur (V+/VE) : V+ = VE En déduire le gain du montage : atténuateur + UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 9/11 M.Deloizy VS = VE Mesurer le gain à 100 Hz avec VE=50mVeff. Relever les formes d'onde (VS et VE) à l'oscilloscope. (mesure) VS = VE Observer le comportement fréquentiel du montage. Existe-t-il une fréquence de coupure ? Formes d'onde VE et VS Appliquer un signal carré (amplitude ±5V) à l'entrée du montage. Observer la déformation du signal de sortie. Signal de sortie : Temps de montée de VS : = Temps de descente de VS = Vsmax = Vsmin = Remarques, commentaires : Amplificateurs à AOP : conclusion générale : 4. Filtre du 2nd ordre. Réaliser le montage représenté ci-contre. Tracer les diagrammes de Bode de ce filtre. Quelle est sa nature ? Mesurer sa bande passante à -3dB. 1nF 470kΩ Nature du filtre : 10nF Gain maximal : Fréquence(s) de coupure : Conclusion : 4,7kΩ - VE + VS UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 M.Deloizy Filtre : Tracé du module 10/11 UFR SCIENCES REIMS DEUG - E1 M.Deloizy Filtre : Tracé de la phase 11/11
