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Chapitre 2 : Amplification Partie 2.4 (programme officiel) TP-Cours I- Amplific

Chapitre 2 : Amplification Partie 2.4 (programme officiel) TP-Cours I- Amplificateur 1/ Applications instrumentation (amplificateurs de signaux fournis par des capteurs, thème capteur de pression) ; audio-vidéo (télévision, caméscopes, sonorisation, chaînes hi-fi station ipod, téléphonie) ; télécommunications (amplificateurs d’antennes émettrice ou réceptrice, antenne d’intérieur). Exemple : Générer un « la » avec le GBF 1Vpp (ou baladeur) et écouter le son avec le haut-parleur. Le son est à peine audible. Comment augmenter l’intensité sonore ? Ampli de tension (essai après définition) 2/ Définition Un amplificateur est un quadripôle linéaire. Avec ADI, v+=v- (sortie uniquement rebouclée sur entrée inverseuse) En continu, un amplificateur est dit linéaire si sa caractéristique de transfert est une droite. En régime sinusoïdal, un amplificateur est linéaire si à une tension d’entrée sinusoïdale correspond une tension de sortie sinusoïdale. La puissance moyenne fournie par la sortie est supérieure à la puissance moyenne reçue en entrée. Amplification en tension Av(t)=us(t)/ue(t) Amplification en courant Ai(t)=is(t)/ie(t) Exemple : R1=1k ; R2=10k ; f=440Hz Faire le montage. Essai avec le « la » et le haut-parleur. On enlève le haut-parleur pour étudier le montage et éviter une chute de tension. ue : triangulaire symétrique d’amplitude 0,5V ; chronogrammes+fonction de transfert Valeur de l’amplification. Que se passe-t-il en 4Vpp ? 3/ Modèle a) Entrée Ze=Ue/Ie Remarque : elle est souvent purement résistive et est alors appelée résistance d’entrée. Faire la mesure de la résistance d’entrée du montage ci-dessus. (Ue=0,329V et Ie=0,300mA donc Re=1100) b) Sortie : Ce modèle correspond au modèle de Thévenin : Es est la tension de sortie à vide. Rs= –Us/Is Faire la mesure de la résistance de sortie du montage ci-dessus. (Es=3,28V ;Ru=1k Us1=3,28V et Is1=3,28mA; Ru=100 Us2=2,73V et Is2=27,3mA donc Rs=229) exemple : déterminer Us et Is si Rs=200 et sortie branchée sur HP 4 II- Amplificateur à référence commune L’entrée et la sortie ont la masse en commun. 1/ Non-inverseur ue est sinusoïdale, 4Vpp. Tracer us, ue et us(ue). Déterminer la relation entre ue et us théoriquement et pratiquement : préciser le domaine de validité. Observer us à haute fréquence : distorsion (non-linéarité) due au slew-rate (vitesse de balayage). déterminer l'excursion maxi d'un signal d'attaque pour avoir un fctnt linéaire relever la courbe de gain (à la fin si on a le temps) 2/ Inverseur : c’est le montage ci-dessus. Tracer la caractéristique de transfert, à l’oscilloscope, avec ue triangulaire de –2 à 2V avec une alimentation de l’ALI en 15V. Relever et décrire cette caractéristique : à quoi est due la distorsion ? Calculer l’amplification, vérifier avec le voltmètre. Schématiser le modèle équivalent linéaire en mentionnant le domaine de validité. Rappeler la relation entre ue et us. Observer us à haute fréquence : distorsion (non-linéarité) due au slew-rate (vitesse de balayage). III- Amplificateur de différence Théorie: us=Ad(Va-Vb). Déterminer l’expression de Ad. Application : Capteur de température : le capteur est une résistance dont la valeur dépend de la température. Comment prélever une tension qui dépend de la température : on utilise un diviseur de tension. Il faut que le courant soit de l’ordre du milliampère : par exemple avec une résistance de 15k et une tension de 15V. Comment amplifier un écart de tension dû à un écart de température ? Ze Zs Es A – + R1 R1 R2 R2 vS vA vB Ad – + +  ue us R1 R2  – + +  ue us R1 R2  On utilise un amplificateur de différence.  On fixe vB à une référence qui correspond à la température ambiante.  La tension du capteur est placé en A. On amplifie avec Ad=100 en utilisant par exemple R1=1k et R2=100k. IV- Amplificateur de puissance 1/Intérêt (à revoir) brancher un lampe en sinus sur le GBF avec U=6V. La lampe n’éclaire presque pas. Il faut amplifier l’intensité. Professeur : on alimente un gros haut-parleur (3W 5Wmax 8) avec un lecteur MP3,on entend un son très faible. On augmente la puissance avec un amplificateur de tension inverseur (R1=1k et R2=100k, alim15V) : le son est meilleur mais pas suffisant. On augmente la puissance avec un ampli de courant (transistor bipolaire BD135 RB=47, l’HP entre l’émetteur et la masse) le son est fort mais distordu (qq harmoniques) Elèves : on alimente une lampe 6V avec le GBF sinus 1kHz, 10Vpp : peu de luminosité donc on amplifie la tension (inverseur à ADI R1=1k et R2=100k, alim15V) mais ça ne marche pas donc on amplifie l’intensité avec un classe A (RB=1k lampe entre 5Vcontinu et collecteur) , on observe à l’oscillo (CH1CH2 fct math) qu’il nous manque la partie négative, on passe au montage classe B 2/ Montage Push-pull=amplificateur en classe B 6Vpp sinus 440Hz RB=1k mini haut-parleur essai avec un puis deux transistors (distorsion+perte d’intensité sonore avec 1 seul haut-parleur) Observation à l’ordinateur des chronogrammes et de la fonction de transfert. On remplace le haut-parleur par une résistance de 10k pour avoir une courbe plus propre. Exprimer us en fonction de ue sachant que VBE=0,6V ou 0,6V. Av=1 et Ai= par approximation (Calculer Av=Us/Ue, Ai=Is/Ie, Re=Ue/Ie et Rs=Us0–Us Is Ap=Ps/Pe Rendement : =Ps/Pf avec Pf=Vcc.<iC1>+Vcc.<iC2>+UeIe Calcul théorique : si on néglige la distorsion, Av=1, Ai=, Re=ue/ie=us/ie=us/is=Ru, Rs=us/is or us=ue=eg–Rgie=eg–Rg.is/ donc Rs=Rg/ Ps=Us²/Ru et Pf=2Vcc.<iC1>, <iC1>=  iC1/ et  iC1=  us /Ru donc Pf=2Vcc.  us/Ru voir exos) 3/ Elimination de la distorsion Illustration du cours distorsion de croisement Exercice 1 sur l’amplification Exercice 1 L’ADI est parfait et alimenté en 15V. Schéma au tableau. Quelles sont les questions possibles ? Répondre à ces questions. Suite des exercices sur l’amplification Exercice 2 : amplificateur inverseur R1=2,2k et R2=10k. L’ADI est parfait et alimenté en 15V. 1/ Exprimer et calculer l’amplification en fonction de R1 et R2. 2/ Tracer la caractéristique de transfert lorsque ve varie de 5V à 5V. Quelle est l’excursion maximale en entrée. 3/ On effectue un essai à vide, on mesure vs=10,055V, un essai en charge donne vs=10,032V avec is=22mA. Déterminer la résistance de sortie de cet amplificateur. Exercice 3 : amplificateur non-inverseur R3=10k ; R2=47k 1/ Calculer l’amplification. Exprimer l’amplification en fonction de R1 et R2, en déduire la valeur de R1. 2/ Déterminer la résistance d’entrée de cet amplificateur. Exercice 4 : amplificateur de différence 1/ Quelle est la valeur de ud ? Justifier. 2/ Exprimer v puis v+. En déduire l’expression de us en fonction de ur, ua, R1 et R2. 3/ A quelle condition ce montage est-il un soustracteur ? ve (V) vs (V) 0,5 11 0 caractéristique de transfert Exercice 5 : amplificateur de puissance E=15V ; VBE1=0,6V ; VBE2= 0,6V ; VCEsat=0,3V pour T1 et 0,3V T2. 1/ Quel est l’intérêt d’amplifier avec deux transistors ? 2/ A partir de quelle valeur de ue, T1 est-il passant ? 3/ Expliquer pourquoi us est compris entre 14,7V et +14,7V. 4/ On suppose que ue est triangulaire d’amplitude 12V. a) Exprimer us en fonction de ue lorsque T1 est passant. Même question lorsque T2 est passant. b) Tracer ue(t) et us(t). c) Tracer la caractéristique de transfert us(ue). d) Quelle distorsion présentent ces courbes ? (la situer sur us(t) et sur la caractéristique de transfert) 5/ Exprimer la puissance moyenne (active) consommée par la charge RL. Exprimer la puissance moyenne des alimentations E et E. En déduire le rendement. Exercice 6 : préamplificateur 1/ Montrer que la tension aux bornes de Rg est égale à e1. 2/ Exprimer cette tension en fonction de v, R et Rg. 3/ Exprimer l’amplification de ce montage. Exercice 7 : extrait du sujet de bac 1994 Exercice 8 : extrait du sujet de bac 1997 Exercice 9 : extrait du sujet de bac 1998 u2 u3 u4 Exercice 10 : extrait du sujet de bac 2004 (document réponse  voir exercices sur la comparaison) Exercice 11 : extrait du sujet de bac 2007 Exercice 12 Correction des exercices sur l’amplification Exercice 1 Il s’agit d’un amplificateur inverseur A=R2/R1=10  ue=1V  ue=2V t(ms) 1 1 ue(V) 0 t(ms) 10 10 us(V) 0 us(V) ue(V) 1 1 10 10 0 t(ms) 2 2 ue(V) 0 t(ms) 20 20 us(V) 0 us(V) ue(V) 1,5 1,5 15 15 0 15 15 Exercice 2 : amplificateur inverseur R1=2,2k et R2=10k. L’ADI est parfait et alimenté en 15V. 1/ Exprimer et calculer l’amplification en fonction de R1 et R2. D’après le théorème de superposition (faire les schémas) car i=0 (ADI parfait) : v=veR2+vsR1 R1+R2 v+=0, or v+=v (ADI en linéaire car la sortie est uniquement rebouclée sur l’entrée inverseuse). L’égalité conduit à Av= vs ve = R2 R1 = 4,55 2/ Tracer la caractéristique de transfert lorsque ve varie de 5V à 5V. Quelle est l’excursion maximale en entrée. Voir ci-contre. L’excursion maximale en entrée est comprise entre 3,3V et 3,3V (=15/Av). 3/ On effectue un essai à vide, on mesure vs=10,055V, un essai en charge donne vs=10,032V avec is=22mA. Déterminer la résistance de sortie de cet amplificateur. Rs=UsvUsc IscIsv = 10,05510,032 22.1030 = 1,05 Exercice 3 : amplificateur non-inverseur R3=10k ; R2=47k 1/ Calculer l’amplification. Exprimer uploads/Litterature/ hksjd 1 .pdf