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TP-COURS BTS CIM: QUADRIPÔLE AMPLIFICATEUR INVERSEUR DE TENSIONEclipse à Chéraute

INTRODUCTION : Les consignes propres à tout TP concernant la sécurité et les méthodes de Travail, seront copiées/Collées en pages de garde du compte rendu , lues, appliquées et signées. Ces consignes peuvent être trouvées, entre autres sur le serveur pédagogique dans le Répertoire « Ressources de la classe » à la rubrique Physique Appliquée . Il convient de se faire un document TP modèle qui aura ces consignes en introduction .

1. BUT :

Relever Valim +, Valim - , veMINSAT et veMAXSAT , AvMAX , Ze, BP , tR et tF , ET COMPARER avec la théorie.

Déterminer les limites du fonctionnement linéaire et les limites en fréquence .

MONTAGE :R1= 1 KΩ ;R2 =10 KΩ ; Ru = 100 Ω / 5 W; Vcc+ = +15V ; Vcc- = -15V

-+

+TL081

R2

ε

M

GBF ~

emax =

f ve

EDg

Q

R1iei2

Ais

vs

M

Ru

SDu

QUELQUES DONNÉES DU CONSTRUCTEUR DE l'Aop(Amplificateur opérationnel) TL081. Ce « Data Sheet » est complété en ANNEXESL'Aop est aussi appelé A.I. L. Pour Amplificateur Intégré Linéaire .

BROCHAGE

Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule 03/03/11-Tpinvaop-BTS-mod3TtAnal.odt-Djl-Page: 1 / 16


PRÉPARATION OU PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL :

MET D’UN QUADRIPÔLE LINÉAIRE .(MET) Modèle Equivalent de Thévenin

Quadripôle linéaireie

ve

is

vs

ze

(eth)e

Zs

( eth)s

1.1.EXPLOITER LES DONNÉES CONSTRUCTEUR PAGE 1 pour prévoir les Tensions d'alimentation et les températures que peut supporter le circuit Intégré Aop.

1.2.TRACER LE MODÈLE AUX VARIATIONS DU MONTAGE .

1.3.CALCULER Ze (R1) ; en s’aidant du cours et/OU du modèle aux variations de l'Aop, dit « Modèle de l'Aop parfait » ci-dessus .

1.4.COURBE DE TRANSFERT EN TENSION relevée par un groupe d'étudiants:Montage Inverseur à Aop :R1= 1 KΩ ;R2 =10 KΩ ; Ru = 100 Ω / 5 W

Il manque les calibres, les niveaux 0, .....

Pourriez vous compléter ces manques ?

r

Vsat=14V

Vsat=-13V

Zone linéaire

Ve max

Ve min

ve

vs



2. PROCÉDURE EXPÉRIMENTALE:

On choisira toujours le signal de sortie du générateur pour avoir un fonctionnement linéaire .

L'ÉTUDE SE FAIT EN RÉGIME SINUSOÎDAL.

LE CIRCUIT EST LINÉAIRE SI ET SEULEMENT SI (rappel du module 2) :

L'ENTRÉE ÉTANT SINUSOÎDALE, LA SORTIE L'EST AUSSI .

OU

S'IL N'APPARAIT PAS D'HARMONIQUES NOUVEAUX DANS LE SPECTRE DE SORTIE PAR RAPPORT AU SPECTRE D'ENTRÉE.

L’Aop TLO81 est limité en courant de sortie (courant de court circuit iout (CC) ) à moins de 20mA.La précision de quelques % des multimètres en AC est garantie par le constructeur pour une bande de 20 à 450 Hz . On vérifiera par une mesure dans cette bande (ex 100Hz)que les mesures à 1 KHz sont proches .

-+

+TL081

R2

ε

M

GBF ~

emax =

f ve

EDg

Q

R1iei2

Ais

vs

M

Ru

SDu

LE CÂBLAGE DE L'ALIMENTATION EST FOURNIT EN PAGE 4

RÉGLAGES À EFFECTUER:ve sinusoïdale à f = 1Khz ; veMAX = 1V Valim + = Vcc + = +15 V ;Valim - = Vcc - = +15 V ;

2.1.MESURE DU COEFFICIENT D'AMPLIFICATION AV = VS/VE (VALEURS ÉFFICACES)

2.1.1.Placer sur le shéma et le montage,les voies et masse de l'oscilloscope, de façon à relever vs(t) et ve(t) .

2.1.2.RELEVER vs(t) et ve(t), ET LEURS SPECTRES, à l'oscilloscope à mémoire (SCOPEMETER). LINÉARITÉ ?

Ainsi que VS et VE dans la partie multimètre du scopemeter. En déduire Av et comparer avec la théorie .



2.1.3.RELEVÉ DE LA CARACTÉRISTIQUE DE TRANSFERT EN TENSION:

ATTENTION AVEC veMAX = 2V

RELEVER vs(t) et ve(t), à l'oscilloscope numérique FL192C en mode XY. ON A AINSI vs EN FONCTION de ve, soit, la fonction vs(ve).

ve(t), sera donc placé en voie X à la place du temps t .

TRACER, ci contre ou sur un oscillogramme distribué, ou avec une photo d'écran vs(ve) relevé.

MARQUER la zone linéaire et les zones saturées.

RELEVER veMINSAT et veMAXSAT permettant un FONCTIONNEMENT LINÉAIRE.

CÂBLAGE ALIMENTATION DU CI TL081:(c)Bamonde (BTS1)/Djl

0,00 0,00+15+15A V A

+ +-

+15

VCC

+

(pin7)

0

V

-15v

VCC-

(pin4)

V



2.2.MESURE DE L'IMPÉDANCE D'ENTRÉE : Ze = Ve / Ie

ON MESURE VE ET IE (ICI PAR RELEVÉ DE R1.IE). Méthode volto-ampèremétrique

ATTENTION Ve et Ie, SONT DES VALEURS EFFICACES.

AUTRE MÉTHODE DITE DE LA ½ TENSION : ICI Pour la mesure de Ze = Re Méthode utilisable, avec une bonne précision , si Rv et Re >>Rgbf.

ON RÈGLE Rv JUSQU'À Ve = Vgbf / 2 . ALORS Rv = Re

M M

S

Ru

Rgbf

egbf

vs

isie

vgbf

EgQ

G

M

Rv

ve

E

Re

AUTRE MÉTHODE DITE MÉTHODE DE SUBSTITUTION (VALABLE UNIQUEMENT POUR DIPÔLE PASSIF )

Montage 1 :

eg ~

GénérateurRg

M

v(1)

Ze

i(1)E

Q

Montage 2 :

eg ~

GénérateurRg

M

E

Rsubst

v(2)

i(2)

On choisira Rg ~ Ze à mesurer

1/ relever V(1) lorsque le générateur est relié au dipôle passif.

2/ lorsque V(2) = V(1) alors Rsubst = Ze.

Il suffit de lire Rsubst (boite à décade) ou de la mesurer à l’ohmmètre(potentiomètre) pour connaître Ze .

Rq : La résistance du GBF est contenue dans Rg .

Le générateur est réalisé par ajout d’une résistance Ra en série avec le GBF .

3/ Vérifier en visualisant l’image de ie (R1.ie) et ve

ϕ ve/ie = 0 => Ze = Re .



2.3.EN FONCTIONNEMENT LINÉAIRE RELEVÉ DE LA RÉPONSE EN FRÉQUENCE DE L'AMPLIFICATEUR:

2.3.1.Vérifier le fonctionnement linéaire.

2.3.2.BALAYER EN FRÉQUENCE depuis f = 1 kHz jusqu'à 300 kHz

RELEVER LES ÉCRANS POUR VE ET VS POUR : f = 1 kHz, f telle que Av = Av MAX / 2 EST LA FRÉQUENCE DE COUPURE À -3dB : fc f = 300 kHz .

On relèvera ensuite 10 valeurs de Av réparties autour de valeurs de fc et CONCENTRÉES dans les zones OÙ Av VARIE FORTEMENT !

ON ENTRERA, AU FUR ET À MESURE LES VALEURS RELEVÉES DANS UN TABLEUR SUIVANT LE MODÈLE :Type de montage et mesures

Vs(V)Paramètresdu montage f(Hz) Ve(V) Av = Vs/Ve

2.3.3.FAIRE TRACER, PAR LE TABLEUR LA COURBE Av = T(f) fonction de transfert en tension EN ÉCHELLE LOG .

2.4.RELEVÉ DE LA RÉPONSE À UN ÉCHELON (RÉPONSE INDICIELLE) ET DU TEMPS DE RÉPONSE:

2.4.1.RÉGLER ve carré 0-10V à f = 1 kHz et relever la photo d'écran et la forme d'onde donnant ve(t) et vs(t).

DILATER LA BASE DE TEMPS POUR VOIR LES RETARDS DE MONTÉE ET DESCENTE DE vs(t) .

2.4.2.Faire calculer les spectres de ve(t) et vs(t), par le logiciel du scopemeter et les relever.

2.4.3.PLACER CORRECTEMENT LES CURSEURS POUR MARQUER LES ÉLÉMENTS REMARQUABLES. RELEVER LES TEMPS DE RÉPONSE EN MONTÉE tR (Rise time) et tF (Fall time), comparer avec les valeurs données par le constructeur ainsi que le slew rate SR (V/s) .



3. EXPLOITATION :

3.3.Faire un tableau des grandeurs expérimentales, Théoriques et des écarts relatifs :

Valim +, Valim - , veMINSAT et veMAXSAT , AvMAX , BP , tR et tF .

3.4.DÉTERMINER LA BANDE PASSANTE, BP, À -3 dB de l'amplificateur .

3.5.Quel est le composant responsable de cette chute de T=Av quand la fréquence augmente ? L'amplificateur est passe haut, bas ou bande ?

4. CONCLUSION :(FONCTION DU BUT DU TP )

Simulation :

On a simulé ci-contre l'étude Fréquentielle du montage amplificateur de tension Inverseur à Aop .

En haut : ϕ(f) = ϕvs − ϕve

Au milieu: T(f) = Vs / Ve

En bas: Ze (f) = Ve / Ie



1. ÉLÉMENTS DE CORRECTION

le modèle aux variations du montage .

eGBF

RGBF

Ve

E

M

R1 R2A

+

-

M

S

ε A0 ε RuVs

calculer Ze (R1) ; en s’aidant du cours et/OU du modèle aux variations de l'Aop, dit « Modèle de l'Aop parfait » ci-dessous .

Ze= Ve/Ie= Ve(Ie)/Ie= UR1-ε/Ie= Ze= R1

RELEVÉS PAR UN GROUPE D'ÉTUDIANTS AVEC LEUR COMMENTAIRE (est-ce correct ? )

Relevé Ve(t) et Vs(t) (Onde avec Ru) :

Les courbes sont saturées . Elles ne sont pas linéaires.



RELEVÉS PAR LE MÊME GROUPE D'ÉTUDIANTS AVEC LEUR COMMENTAIRE

Relevés Ve(t) et Vs(t) ( onde sans Ru ) :

Remarques : Problème de limitation de courant . On a enlevé Ru car limiteur fatigué. Il y a bien linéarité dans ces courbes .

Déduction de Av :

|Av| = Vs / Ve = 7,31 / 0,732 = 9,98 V

Av = Vs(t) / Ve(t) ≈ -10 V



RELEVÉS PAR LE MÊME GROUPE D'ÉTUDIANTS AVEC LEUR COMMENTAIRE

Mesures de Ze: Ze (Ω) = Ve / Ie

Mesure de Ie = Vr1 / R1 = 0,161 / 1000 = 1,61 x 10-4 A

Ze = Ve / Ie = 0,162 V / 1,61x 10-4 = 1006,2 Ω



2. ÉLÉMENTS DE CORRECTION

2.1.ÉTUDE DES TEMPS DE RÉPONSE ET DU SLEW-RATE DE L'AOP:Ici avec un montage NON INVERSEUR (Observer le signe des pentes de vs)

2.2.Etude du Slew-Rate en triangle FcThéo ~ 4MHz



1. ANNEXE



2. ANNEXEDocumention obtenue à partir des DATA SHEETS de Texas instruments et sélectionnée avec le logiciel libre KPDF



3. ANNEXE



4. ANNEXE



5. ANNEXE


Documents

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