INTRODUCTION - jl.domec.free.frjl.domec.free.fr/siteDjl_fichiers/TP-Cours_BTS_CIM/tp/TP... 3/ Tracer

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  • TP-Cours :Amplificateur de puissance push-pull correcteur de distorsion Rgles pour l'criture des units: http://www.bipm.fr/ AU BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET MESURES EclipseChraute

    INTRODUCTION:Les consignes propres tout TP concernant la scurit et les mthodes de Travail, seront copies/Colles en pages de garde du compte rendu , lues, appliques et signes. Ces consignes peuvent tre trouves, entre autres sur le serveur pdagogique dans le Rpertoire Ressources de la classe la rubrique Physique Applique . Il convient de se faire un document TP modle qui aura ces consignes en introduction .

    BUT : Mesure des caractristiques et performances dun amplificateur de puissance Push-Pull correction de distorsion .Comparaison des valeurs thoriques et exprimentales des coefficients damplification en puissance Ap , en courant Ai , en tension Av , du rendement et du taux de distorsion TDHr .

    MONTAGE:

    -+

    +GBF

    vgbf

    M

    AEB

    M

    CL

    TL081

    R2

    R1

    veVout

    C2

    Ic1

    C1

    T1

    T2

    Ic2

    Ru

    +U

    - U

    vsDie

    T1 : 2N 5321 ou BC141(NPN); T2 : 2N 5323 ou BC161(PNP) ; Ru = 100 /5W ; Cl = 1F ;Alimentation: U = 15 V; Aop (+/- 15V) . R1 = 1 k ; R2 = 10 K . f = 2 Khz ;

    On rglera vemax tel que le fonctionnement soit linaire mais proche de la saturation en tension de lAop .ON SURVEILLERA LCHAUFFEMENT DES TRANSISTORS ET DE RU .

    November 1997-BC161-SGS Thomson. PNP transistors in Jedec TO-39 metal case.

    Philips Semiconductors-1997 May 12-NPN medium power transistors:BC141

    Brochage de lADI (Amplificateur diffrentiel Intgr) ou Aop TL081

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    PRPARATION :

    lAop et les transistors seront considrs comme parfaits dans ces calculs. En particulier VCE sat = 0.

    1/ Tracer le modle aux petits signaux du montage.Le condensateur Cl sera considr quivalent un fil cette frquence et compte tenu de limpdance dentre Ze du montage .Quel est son rle ?Calculer Ze et en dduire Clmin cette frquence(saider du devoir prcdent sur le rgime sinusodal).

    2/ Calculer littralement puis numriquement Av, Ap, Ai et Zs .Donner TDHr Tho

    3/ Tracer le diagramme bilan des puissances . Calculer Pe en fonction de Ve et R1 puis Ps en fonction de Vs et Ru .

    Calculer Palim en fonction de U,Ic1 et Ic2 .Exprimer vsmax en fonction de U et vemax en fonction de U,R1 et R2 .En dduire Pe,Ps et Palim en fonction de U .Calculer .

    1. PROCDURE :

    1.1.PLACER les points de mesure de loscilloscope pour visualiser et mesurer : ie, is, vs, ve. Ps = Ru.(ismax 2) / 2 = Ru.Is2, Pe = Ve .Ie cos e .

    Faire les schmas ncessaires . On utilisera lappareil le plus appropri pour chaque mesure(oscilloscope,multimtr,scopemeter). Chaque mesure sera accompagne de son erreur de lecture estime et note (mesure +/- erreur) On sassurera des bandes passantes des appareils de mesure . RELEVER ve et vs avec leurs SPECTRES et vrifier si le FONCTIONNEMENT EST LINAIRE Faire les mesures .

    1.2.REMPLACER RU par un HAUT PARLEUR D'IMPDANCE 8 , relever ve(t) et vs(t) et noter les frquences limites audibles.

    1.3. Fonctionnement sans correction de distorsion de croisement :

    COUPER TOUS LES GNRATEURS

    DPLACER R2 DES METTEURS(E) VERS LES BASES(B) et Relever ve et vs ainsi que leurs spectres .

    3/ REMETTRE LE MONTAGE CORRECT AVEC R2 AUX METTEURS :

    On veut mesurer les puissances, maximale et minimale fournies par lalimentation .

    RGLER vemax pour que vs soit en limite de saturation : Mesurer Ic1 , Ic2 la pince ampremtrique(DC) et U .

    FAIRE DE MME avec vemax = 0 (Repos)

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    EXPLOITATION ET CONCLUSION EN FONCTION DU BUT :

    Comparer dans un tableau les valeurs Exprimentales et Thoriques ainsi que les conditions de mesure releves.

    Paramtre Valeur Thorique Valeur exprimentale Ecart relatif en %vemaxVsmax

    UAvApAiPePs

    Palim (Vemax = 0 )Palim (Vemax = )

    TDHr

    Analyser la linarit des montages et le rle du correcteur de distorsion .

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    1. LMENTS DE CORRECTION ET QUELQUES RELEVS DES LVES . 1/ Tracer le modle aux petits signaux du montage.

    Le condensateur Cl sera considr quivalent un fil cette frquence et compte tenu de limpdance dentre Ze du montage .Quel est son rle ? Couper l'ventuelle composante continue issue du GBF.

    Calculer Ze et en dduire Clmin cette frquence(saider du devoir prcdent sur le rgime sinusodal).

    Ze ~ R1 = > ZCLmin = 1/ ( = 1 . ) Clmin >> 1/ ( R1 . ) ~ 1/ ( 2..2.106 ) ~ 0,1 F On choisira donc Clmin = 1 F

    2/ Calculer littralement puis numriquement Av, Ap, Ai et Zs .Donner TDHr Tho

    Av ~ -R2 /R1 ; Ai ~ -R2/Ru = R1/Ru .Av ; Ap = Ap.Ai = R2 /(Ru.R1); Ze = Re~R1; Zcharge = Ru ; cos e = cos s =1.Zs ~ re.R2/(.Ao.R1) ; >> 1; R2

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    2. LMENTS DE CORRECTION ET QUELQUES RELEVS DES LVES .

    3/Ic1=45mA Ic2=35mA U=15 V si Ve max en limite de saturation = 1,23 V

    Ic1=0mA Ic2=0mA U=15 si Ve max =0V

    Parametre Valeur Thorique Valeur exprimentale Ecart relatif en %

    ve max 1,5V 1,23V

    Vs max 15 12,17V

    U 15V 15V

    Av -10 -9,85

    Ap 1000 978,9

    Ai -100 -99,19

    Pe Max=1,125mW 759,5W

    PsMax=1,125W

    (Pour Vemax=1,23V):0,76 W

    743mW

    Palim(Vemax=0) 0 0

    Palim(Vemax=1,23V)Palim=U(ic1moy+ic2 moy) =U[2.Av.Vemax)/( .Ru)]

    Palim(Vemax=1,5V)

    1.17 W

    1.43 W

    600mW(erreur, certainement oubli d'additionner U.ic2moy)Donc on peut doubler la valeur :1,2 W

    Sinon, >1

    (pour Vemax=1,5V): ~ 0.78

    (Pour Vemax=1,23V):0,65

    (Pour Vemax=1,23V):0,62

    TDhr 05,9 %

    (Courbes Mmoire 4)

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    3. LMENTS DE CORRECTION ET QUELQUES RELEVS DES LVES .

    SANS CORRECTEUR DE DISTORSION.

    R2 AUX BASES DES TRANSISTORS.

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    4. LMENTS DE CORRECTION ET QUELQUES RELEVS DES LVES .

    AVEC CORRECTEUR DE DISTORSION. R2 AUX METTEURS DES TRANSISTORS.

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    5. LMENTS DE CORRECTION ET QUELQUES RELEVS DES LVES . RELEVS AVEC Ru REMPLACE PAR UN HAUT PARLEUR D'IMPDANCE 8 .

    On baisse l'amplitude d'entre, de faon rendre supportable les sons aigus . A partir de 2 3 kHz, certains tudiants (18-25 ans) supportent difficilement. La limite obtenue pour un tudiant est 17 kHz , les autres entendent encore tous 14 kHz sauf une qui

    entend en dessous de 13 kHz . Le professeur 47 ans , n'entend plus au dessus de 11kHz . La coupure entre frquences leves audibles et non audibles est nette . On peut estimer que le liquide de la cochle, dans lequel baigne les cils sensibles aux vibrations

    sonores devient plus viqueux avec l'ge et ne peut transmettre les vibrations hautes frquences.

    INTERPRTATION:http://www.neuroreille.com/promenade/francais/ear/midear/midear.htm

    Rflexe ossiculaire (stapdien)

    Lorsqu un son fort est dtect par la cochle (> 80 dB) linformation est transmise aux noyaux du tronc crbral. Une boucle rflexe commande la contraction de ces muscles (chez lhomme seul le stapdien se contracte). Ceci entrane une augmentation de la rigidit de la chane tympano-ossiculaire, une limitation des dplacements aux frquences basses et moyennes (< 2000 Hz) et donc une diminution de l nergie transmise loreille interne (par contre, ce rflexe ne protge pas loreille aux frquences leves).

    - ce sont loreille externe et loreille moyenne qui, en fonction de la quantit dnergie acoustique transmise pour chaque frquence, modlent la courbe des seuils de sensibilit auditive.- loreille interne est un dtecteur dont le seuil est constant en fonction de la frquence dans la quasi totalit de la gamme audible (environ 1.10 W chez lhomme) ! (Voir courbes en Annexe)

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    1. ANNEXE: FONCTIONNEMENT DE L'OREILLE:

    Fonctionnement de l'oreille moyenne Loreille moyenne transmet l'nergie acoustique du tympan loreille interne, en ralisant une adaptation dimpdance entre un milieu arien et un milieu liquidien.Si les vibrations ariennes taient appliques directement aux liquides de loreille interne, 99,9% de lnergie acoustique serait perdue par rflexion au niveau de linterface air-liquide (- 30 dB). L oreille moyenne est un amplificateur de pression : de cette manire elle rcupre l nergie acoustique disponible dans le milieu arien et augmente l amplitude des stimuli mcano-acoustiques dans loreille interne. Grce au rapport des surfaces (~ 20) entre le tympan (S1 = 0,6 cm2) et la platine de ltrier (S2 = 0,03 cm2), et au rapport des leviers (laxe de la chane ossiculaire passe au voisinage de l articulation marteau/enclume, mais les deux bras de cette chane ont des longueurs ingales) (d1/d2 ~ 1,3), lamplification thorique de pression atteint un facteur x 26 (soit + 28 dB).

    Attention! Cette approximation est manier avec prcaution car, du fait de ses caractristiques mcaniques, le comportement et lefficacit de loreille moyenne varient trs fortement avec la frquence (f). En effet, le fonctionnement de l oreille moyenne (comme celui de nimporte quel systme mcanique) dpend des frottements (R) des articulations, de la masse (M) de la chane tympano-ossiculaire, et de la rigidit (K) des membranes, des ligaments, des volumes ariens ...

    FONCTION DE TRANSFERT DE L'OREILLE MOYENNE Les phnomnes dcrits ci-dessus sont clairement observables lorsquon tudie la fonction de transfert de loreille moyenne, cest--dire le rapport complexe (amplitude et phase) existant entre la pression acoustique lentre de loreille interne (Pv : dans la prilymphe la base de la rampe vestibulaire) et la pression acoustique devant le tympan (Pt) : Pv/Pt.Chez l homme, l amplification maximale ne dpasse gure 20 dB... et varie fortement en fonction de la frquence : 13 dB 200 Hz, 20 dB 1000 Hz, 12 dB 8000 Hz .

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    2. ANNEXE: FONCTIONNEMENT DE L'OREILLE:

    Seuils de Sensibilit Auditive

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