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BLAISE PASCAL PT 2019-2020 Chapitre 10 – Électronique ALI et rétroaction Au pro

BLAISE PASCAL PT 2019-2020 Chapitre 10 – Électronique ALI et rétroaction Au programme Extrait du programme oﬃciel : partie 2 « Électronique », bloc 2 « Rétroaction ». Le bloc 2 illustre quelques propriétés relatives à la rétroaction sur l’exemple de l’ampliﬁcateur linéaire intégré. L’identiﬁcation de certains montages à des systèmes bouclés permet de faire le lien avec le cours d’automatique de Sciences Industrielles. L’étude des circuits est strictement limitée à des situations pouvant être facilement abordées avec les outils introduits en première année (loi des mailles, loi des nœuds, diviseur de tension). La vitesse limite de balayage de l’ALI est uniquement évoquée en TP aﬁn d’identiﬁer les distorsions harmoniques traduisant un comportement non-linéaire du système étudié. Notions et contenus Capacités exigibles Modèle de l’ALI déﬁni par des courants de pola- risation nuls, une résistance de sortie nulle, une fonction de transfert du premier ordre en régime linéaire, une saturation de la tension de sortie, une saturation de l’intensité de sortie. Citer les hypothèses du modèle et les ordres de grandeur du gain diﬀérentiel statique et du temps de réponse. Modéliser un ALI fonctionnant en régime linéaire à l’aide d’un schéma bloc. Montages ampliﬁcateur non inverseur et compa- rateur à hystérésis. Analyser la stabilité du régime linéaire. Vitesse de balayage. Identiﬁer la manifestation de la vitesse limite de ba- layage d’un ALI. Cas limite d’un ALI idéal de gain inﬁni en régime linéaire. Identiﬁer la présence d’une rétroaction sur la borne inverseuse comme un indice de fonctionnement en régime linéaire. Établir la relation entrée-sortie des montages non inverseur, suiveur, inverseur, intégrateur. Exprimer les impédances d’en- trée de ces montages. Expliquer l’intérêt d’une forte impédance d’entrée pour une association en cascade d’étages à faible impédance de sortie. Cas limite d’un ALI idéal de gain inﬁni en régime saturé. Établir la relation entrée-sortie du comparateur simple. Pour une entrée sinusoïdale, faire le lien entre la non linéarité du système et la génération d’harmoniques en sortie. Établir le cycle d’un comparateur à hystérésis. Déﬁnir le phénomène d’hystérésis en relation avec la notion de mémoire. En gras, les points devant faire l’objet d’une approche expérimentale. Au concours ▷Écrit : épreuve A 2015, 2016, 2017, 2018, 2019 ... autant dire tous les ans ! ▷Oral : souvent. 1/12 Étienne Thibierge, 5 novembre 2019, www.etienne-thibierge.fr Chapitre 10 : ALI et rétroaction Blaise Pascal, PT 2019-2020 Plan du cours I Ampliﬁcateur linéaire intégré 3 I.1 Le composant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 I.2 Régimes linéaire et de saturation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 I.3 Vitesse de balayage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 I.4 Modèle de l’ALI idéal de gain inﬁni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 II Rétroaction 7 II.1 Approche qualitative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 II.2 Eﬀet stabilisant d’une rétroaction négative : ampliﬁcateur non inverseur. . . . . . . . . . . . . . . . . 8 II.3 Eﬀet déstabilisant d’une rétroaction positive : comparateur à hystérésis . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 III Exemples de montages à ALI en régime linéaire 9 III.1 Suiveur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 III.2 Ampliﬁcateur non inverseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 III.3 Ampliﬁcateur inverseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 III.4 Intégrateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 IV Exemples de montages à ALI en régime de saturation 10 IV.1 Comparateur simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 IV.2 Comparateur à hystérésis non-inverseur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2/12 Étienne Thibierge, 5 novembre 2019, www.etienne-thibierge.fr Chapitre 10 : ALI et rétroaction Blaise Pascal, PT 2019-2020 Double objectif de ce chapitre : ▷introduire un nouveau composant qui va permettre de réaliser des circuits électriques beaucoup plus riches qu’avec les seuls dipôles connus jusqu’à présent ; ▷analyser sur des exemples l’inﬂuence de la rétroaction, en lien avec le cours d’automatique de SI. I - Ampliﬁcateur linéaire intégré I.1 - Le composant Il s’agit d’un ampliﬁcateur diﬀérentiel : il ampliﬁe la diﬀérence de potentiel entre ses deux entrées appelées entrée non inverseuse ⊕et entrée inverseuse ⊖. C’est un quadripôle qui ne fonctionne que s’il est alimenté par une source de tension symétrique ±15 V. Autres noms usuels : ampliﬁcateur opérationnel, « ampli op », AO, AOp, etc. Remarque : Les ALI ont été développés dans les années 1940-1950 pour réaliser des opérations ma- thématiques dans les calculateurs analogiques : addition, intégration, etc. Certains exemples seront présentés dans ce chapitre. Le coût unitaire s’élevait à l’époque à une vingtaine de dollars, il n’est aujourd’hui que de quelques centimes. a) Description • Un ALI vu de l’extérieur ALI TL741 4 alim −15 V 3 entrée ⊕ 2 entrée ⊖ 1 réglage oﬀset 5 réglage oﬀset 6 sortie 7 alim +15 V 8 inutilisée • Un ALI vu de l’intérieur Un ALI est un circuit intégré, c’est-à-dire qu’il contient d’autres composants « élémentaires » (résistances, condensateurs, transistors). Le circuit intégré est donné dans la ﬁche technique (« datasheet ») du composant (cf. dernières pages). b) Représentation conventionnelle Seules trois bornes sont représentées : les deux entrées et la sortie. L’alimentation continue n’est jamais représentée ... mais il ne faut pas l’oublier lorsque l’on branche un ALI ! schéma en carré et en triangle. Déﬁnir ε. schéma en carré et en triangle. Déﬁnir ε. schéma en carré et en triangle. Déﬁnir ε. toto Espace 1 L L L Attention ! Il faut absolument distinguer les deux bornes d’entrée qui jouent des rôles très diﬀérents. 3/12 Étienne Thibierge, 5 novembre 2019, www.etienne-thibierge.fr Chapitre 10 : ALI et rétroaction Blaise Pascal, PT 2019-2020 c) Approche fonctionnelle ⊕ ⊖ S ε = v+ −v− v− v+ vs Ze ie Zs is v⋆ s • • • On adopte une approche de type bloc fonctionnel (autre- ment dit de boîte noire !) : le but n’est pas d’entrer dans les détails du circuit intégré. Un bloc fonctionnel est décrit par ▷une relation entrée-sortie, c’est-à-dire ici entre v⋆ s et ε ; ▷son impédance (résistance) d’entrée Ze ; ▷son impédance (résistance) de sortie Zs. Lecture de la ﬁche technique : ▷Résistance d’entrée (« input resistance Ri ») : Ze ∼1012 Ω Ze ∼1012 Ω toto Espace 2 ⇝conséquence : ie = ε/Ze est quasiment nul pour des tensions de l’ordre de quelques volts. ie = ε/Ze est quasiment nul pour des tensions de l’ordre de uploads/Litterature/ ali-cours.pdf