Electrocinétique Sommaire 1 Amplificateur opérationnel sans contre

Lycée Newton - PT EC - TP1 - Amplificateur opérationnel
Electrocinétique
TP no1 : Amplificateur opérationnel
Sommaire
1 Amplificateur opérationnel sans contre-réaction sur l’entrée inverseuse (régime saturé) 1
1.1 Principeducomparateur............................................. 1
1.2 Comparateursimple ............................................... 2
1.3 Comparateuràhystérésis ............................................ 3
2 Amplificateur opérationnel avec contre réaction sur l’entrée inverseuse (fonctionnement linéaire) 4
2.1 Montage amplificateur non inverseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Montageamplificateurinverseur ........................................ 6
2.3 Montagesuiveur ................................................. 6
3 Les limites du régime linéaire de l’amplificateur opérationnel 7
3.1 Saturationentension............................................... 7
3.2 Vitessedebalayage(slew-rate) ......................................... 8
3.3 Saturationencourant............................................... 8
3.4 Courantsd’entrée(Complément)........................................ 9
3.4.1 Définitions................................................. 9
3.4.2 Influence des courants d’entrée et équilibrage des résistances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
– Alimenter l’amplificateur opérationnel en +Vcc et −Vcc avant d’appliquer les tensions d’entrée
V+et V−. En conséquence, on veillera à toujours éteindre les générateurs de tensions (GBF ou
alimentation continue) avant de couper l’alimentation de l’amplificateur opérationnel.
– Parce que l’alimentation continue est un appareil qui n’est pas relié à la terre - un tel appareil est
dit « à masse flottante » - il faudra que la référence de potentiel de l’alimentation (0 V) soit reliée à
la masse commune du montage.
– Les tensions d’entrée ne doivent pas dépasser les tensions d’alimentation +Vcc et −Vcc.
Précautions d’emploi :
1 Amplificateur opérationnel sans contre-réaction sur l’entrée inverseuse (ré-
gime saturé)
1.1 Principe du comparateur
On se propose ici d’observer le régime de saturation de l’AO et le comportement fortement non linéaire lorsqu’il
fonctionne en boucle ouverte (sans contre réaction). Pour ce faire :
•Alimenter l’AO en +15 V/−15 V sur les bornes +Vcc et −Vcc.
•Connecter le GBF sur les entrées non inverseuse (V+) et inverseuse (V−) :
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−
+
VVs
•Générer une tension triangulaire à basse fréquence (autour de 150 Hz). On limitera l’amplitude du signal
d’entrée à 1 V RMS (efficace). Observer et faire un schéma de la forme de la tension de sortie. Faites de même
avec un signal d’entrée sinusoïdal :
.
•Utiliser maintenant le GBF comme une source de tension continue. Pour cela, il faut mettre la fréquence à 0
et utiliser l’offset du GBF. Brancher le voltmètre numérique sur la sortie du GBF (ou sur l’entrée du circuit)
et essayer d’appliquer la différence de potentielle (ddp) la plus faible possible entre V+et V−pour éviter de
saturer la sortie de l’amplificateur opérationnel. Quelle est la plage de tension d’entrée utile ? A quoi peut
servir ce type de montage ?
.
1.2 Comparateur simple
•En utilisant un pont diviseur de tension, proposer un montage permettant de comparer une tension alternative
à une tension continue ajustable connectée sur l’entrée inverseuse, appelée tension de seuil, et comprise entre 0
et 15 V :
.
•Vérifier le rôle de comparateur du montage à l’aide d’une tension sinusoïdale de basse fréquence ( f'200 Hz)
en visualisant les potentiels V+et Vsen fonction du temps. Faire varier la tension de seuil et vérifier les valeurs
remarquables de V+lors du basculement de Vs :
.
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•Visualiser V+en fonction de V−(en mode XY). Commenter.
.
1.3 Comparateur à hystérésis
Considérons le montage suivant :
−
+
R2
R1
Vs
V−
V+
•Quelles sont les valeurs possibles pour V+? En déduire des valeurs pertinentes pour R1et R2permettant de
mettre en évidence le rôle comparateur du montage.
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.
•Choisir une tension V−, d’amplitude 10 V et de fréquence 500 Hz. Observer V−et Vsen fonction du temps.
Tracer les variations de V−,V+et Vs.
.
Le concept d’hystérésis traduit la persistance d’un phénomène quand cesse la cause qui l’a produit.
Ainsi, l’état d’un système soumis à ce phénomène dépend, non seulement des contraintes extérieures,
mais aussi de l’état antérieur du système. Pour cette raison, le phénomène d’hystérésis est associé à la
notion de mémoire du système.
Phénomène d’hystérésis :
La bascule (ou trigger) de Schmitt est un composant qui réalise une hystérésis. Sa sortie numérique passe
à 1 lorsque son signal analogique en entrée franchit un seuil haut, mais elle ne retombe à 0 que lorsqu’il
franchit un seuil bas différent. Ces types de montages permettent de s’assurer de la stabilité d’un signal
de sortie logique en fonction d’un signal d’entrée analogique.
Bascule de Schmitt :
2 Amplificateur opérationnel avec contre réaction sur l’entrée inverseuse
(fonctionnement linéaire)
2.1 Montage amplificateur non inverseur
•Réaliser le montage d’un amplificateur non inverseur à l’aide d’un pont diviseur résistif en contre réaction sur
l’entrée inverseuse :
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∞
−
+
R1
R2
vs
ve
.
vs=1+R2
R1ve
•Entrer un signal sinsusoïdal de 0,1 V RMS. Mesurer la valeur du signal de sortie pour R1=1 kΩet R2=1 kΩ,
10 kΩet 100 kΩ. En déduire les gains maximaux en tension :
.
•En conservant R2=100 kΩ, augmenter la valeur du signal d’entrée afin d’observer la saturation de l’amplifi-
cateur opérationnel. Expliquer.
.
•Utiliser le mode XY de l’oscilloscope pour visualiser Vs=f(Ve). Qu’observe-t-on ? Que représente la pente ?
.
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