 |
Amplificateur opérationnel |
 |
| Noms : | ||
| Centre d'intérêt : | CI 6 Traitement analogique de l’information | |
| Classe : | Terminale Sti2d Sin | |
| Id programme : | sin31, sin37 | |
| Conditions : | Seul , durée 3 heures. | |
| Matériel : | - PC | |
| Logiciel : | - Proteus - Utiliser le navigateur chrome |
|
| Document : | - Langage arduino | |
I. Objectifs
Etude de l’amplificateur opérationnel ou amplificateur intégré linéaire (AO, AOP ou AIL).
Détermination des différents modes de fonctionnement de l’AO.
II. Généralités sur l'amplificateur opérationnel (A.O)
L’amplificateur opérationnel est énormément utilisée dans les montage d’électronique. En effet, il permet :
d’amplifier une tension de quelques V en V ( chaine hifi, télévision…) ;
de soustraire, additionner, dérivée, intégrer (opérations mathématiques, ….) ;
de comparer des tensions (régulateur de température dans un four,…. ).
Il est représenté de la manière suivante :
On constate que l’AO comporte 5 bornes :
2 bornes d’alimentations +Vcc et –Vcc. En générale, on ne les représente pas sur un schéma pour éviter de le surcharger.
2 bornes d’entrées :
-
E+ (ou V+) est appelée l’entrée non inverseuse ;
-
E- (ou V-) est appelée l’entrée inverseuse ;
1 bornes de sortie : S.
La tension mesurée entre les 2 bornes d’entrées est Vd (ou )
Vd s’appelle la tension différentielle d'entrée.
On a Vd=
et les courants d’entrées i+ et i- qui sont nuls pour un amplificateur considéré comme parfait.
| L’amplificateur opérationnel (AO) se présente sous la forme d’un circuit intégré, une "puce", à huit bornes que nous étudierons a l’aide du logiciel proteus. |  |
Voir le document technique de l'AO : Ici
Les bornes +15V, -15V, 0V sont les bornes d’alimentations de l’amplificateur opérationnel.
-
+Vcc est reliée au +15V ;
-
-Vcc est reliée au -15V ;
-
0V est reliée au 0V. Toutes les tensions sont prises par rapport à ce 0V que l’on appelle la masse du montage.
Attention : L'AO doit toujours être alimenté par ces bornes, même lorsque ce n'est pas rappelé sur le schéma du montage.
III. Etude de l’A.O. en boucle ouverte
3.1. Montage
L'AO fonctionne en boucle ouverte car
Déterminer la relation entre Vd, v1 et v2.
Réaliser le montage sous proteus comme indiqué ci-dessous :
+15VV
v1 et v2 sont des tensions continues
3.2. Manipulation
v1 est fixée à 2V et v2 varie de -5V à +5V.
Pour chaque valeur de v2, mesurez Vs et Vd et mettez les résultats dans le tableau ci-dessous.
-
v1 (V)
2
2
2
2
2
2
2
v2 (V)
-5
-2
1
1,5
2,5
3
5
Vd (V)
Vs (V)
Signe de Vd
Valeur de Vs
Dans le tableau ci-dessus, donnez le signe de Vd (>0 ou <0) et indiquez si Vs est égale à +Vsat+Vcc et -Vsat-Vcc. On appelle +Vsat et –Vsat les tensions de saturation de l’AO.
3.3 Tensions variables
Maintenant la tension v1 est fixée à 2V et v2 est une tension sinusoïdale d'amplitude 5V et de fréquence 100Hz.
Télécharger le montage ci-dessus ici.
Simuler le graphe -> click droit sur le graphe -> Simulate graph.
Copier le graphe ci-dessous :
Déduire des courbes ci-dessus, le signe de Vd (>0 ou <0) et la valeur de Vs (+Vsat et -Vsat):
Lorsque V1>V2, alors Vd et Vs=;
Lorsque V1<V2, alors Vd et Vs=.
3.4. Conclusion
L’AO en boucle ouverte fonctionne en . Vs ne peut prendre que valeurs qui sont et . La tension de sortie dépend du signe de la tension différentielle d’entrée . En effet, si on a :
- Vd<0 alors ;
- Vd>0 alors .
De plus, les courants d’entrées sont nuls :
III. Réaction sur l’entrée négative
3.1.Montage
|
Amplificateur inverseur |
R1=1k, R2=10k. La sortie de l'AO est sur l'entrée (-) à travers la . |
Télécharger ici le montage ci dessous de proteus :
3.2. Manipulation
ve est une tension continu variant de –1V à +1V.
Pour chaque valeur de ve, mesurez Vs et Vd et mettez les résultats dans le tableau ci-dessous.
-
ve (V)
-1
-0,5
0
0,5
1
Vd (V)
Vs (V)
Déterminez la relation entre Vs et Ve :
On dit que l’AO fonctionne en . En effet, Vs est à Ve.
Maintenant, mesurez Vs pour :
Ve= 2V alors Vs =
Ve= 3V alors Vs =.
Pourquoi la valeur de Vs ne change pas ?
3.3. Conclusion
Lorsque l’AO est bouclé sur l’entrée négative, il fonctionne en . En effet, Vs est à la tension d’entrée Ve.
Pour ce fonctionnement, on a Vd= si <Vs<
et les courants d’entrées sont nuls : .
IV. Conclusion générale
Fonctionnement linéaire :
.
Hypothèse : ;
.
Fonctionnement non linéaire :
On a .
Donc : .;
;
.