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14/11/2020 Montages à base d’Amplificateurs Opérationnels Université des scienc

14/11/2020 Montages à base d’Amplificateurs Opérationnels Université des sciences et de la technologie Mohamed BOUDIAF USTO-MB Faculté de Génie électrique Département d’Automatique Master 1 Automatique et informatique industrielle GRP tp 5 Compte-rendu Tp Electronique appliquée Chargé de TP : M ASSALI K. Demni Manel DERRAR Samira Ibtissem SEBBANE Malek Partie théorique : INTRODUCTION : Un amplificateur opérationnel (AOP) est un circuit intégré dont la fonction debase est l'amplification. Il est en outre "opérationnel" en ce sens qu'il permet de réaliser des fonctions de type "arithmétique" (inversion, addition, soustraction...). C’est un système amplificateur différentiel. Amplificateur et différentiel car il simplifie la différence des tensions appliquées sur ses deux entrées, souvent notées e+ (entrée dite "non inverseuse") et e- (entrée dite "inverseuse"). Le facteur d'amplification est appelé le gain. Principe et mode de fonctionnement d’un Amplificateur opérationnel : L’amplificateur opérationnel (Amplificateur idéal) est constitué de trois étages:  1er étage a une structure différentielle chargé d’amplifier une différence de potentiel entre deux entrées (V+ et V-), c’est-à-dire qu’il délivre en sortie une grandeur proportionnelle à la différence des potentiels.  2ème étage amplifie et adapte en impédance la grandeur fournie par le premier étage et impose une tension Vs nulle lorsque l’écart (V+-V-) est nul.  3ème étage de sortie permet de fournir Vs avec une impédance de sortie faible. L'AOP a deux modes de fonctionnement : Mode ou régime linéaire : on a forcément une contre-réaction négative (liaison par composant ou un simple fil entre la sortie S et l'entrée V- de l'AOP), dans ce cas la tension e sera négligée a. Mode ou régime non linéaire : il y a pas de contre réaction négative, dans ce cas l'AOP fonctionne en saturation. La sortie ne peut prendre que deux valeurs : +Vsat ou - Vsat, la tension e ne peut être négligée. I. Amplificateur inverseur : R1= 22 kΩ , R2=47 kΩ  La sortie de l’AOP est bouclée sur l’entrée (-)par R2 →amplificateur  L’attaque se fait par l’entrée (-) →amplificateur inverseur 1. Le gain théorique en tension de montage présenté (figure3) : Ue Reliée à A −¿¿ → régime linéaire =0 ↋ →Ue=U s Av=us ue ie=i1+i2 Comme i1=0→ ie=i2 ie= uR1 R1 =uc−0 R1 = ue R1 i2= uR 2 R2 =0−us R1 =−us R2 ue R1 =−us R2 →us ue =−R2 R1 Telle que R2>R1→ Av=−R2 R1 −2.14 2. L’amplitude maximale de Ue: [-15 V, +15 V] 3. L’impédance d’entrée et de sortie : En régime dynamique continue : ze=ue ie On a Ue=R1i1 → ze=R1=22 kΩ zs= R2. Z' s R2+z' s→ Z' s=0 alors zs= 0 kΩ  REALISATION DU MONTAGE : Montage proteus : Oscilloscope:  Après l’application d’un signal sinusoïdal de f=1KHz et amplitude de 100 mV : a) L’amplitude su signale de sortie :us= 7,519 V, ue=¿3,515 V b) L’amplification du montage : us ue =7,519 3,515 = 2,139 kΩ (la même valeur théorique avec le signe – qui signifie l’inverse ) c) Explication des observations : d) L’impédance d’entrée et de sortie :  Pour l’impédance d’entrée us on enlève la tension d’entrée + de sortie ze=21,8 kΩ  Pour l’impédance de sortie on a un court-circuit : zs= 7 kΩ (on réalité il existe une impédance de sortie) II. Amplificateur non-inverseur :  La sortie de l’AOP est bouclée sur l’entrée (-) par R2 → amplificateur  L’attaque se fait par l’entrée (+) → amplificateur non-inverse 1.Le gain théorique en tension de montage présenté : ue−us+R1 ⅈ=0, ue=−R1ⅈ avec ue=−R1ⅈ et us=−(R1+R2) ⅈ us+R2 ⅈ+R1 ⅈ=0, us=−(R¿¿1+R2) ⅈ¿ us=[1+ R2 R1]ue Av=us ue =1+ R2 R1 =1+ R2 R1 = 3,14 2. L’amplitude maximale de U e: [-15 V, +15 V] 3.L’impédance d’entrée et de sortie : En régime dynamique continue ze=Re=ue ie = ue ⅈ +¿=+∞¿ us=μue−zsis,Rs=0 zs=0carusindépendantde is  REALISATION DU MONTAGE : Montage proteus : Osciloscope : us est en phase avec ue  Après l’application d’un signal sinusoidal de fréquence 1KHz et amplitude de 100 mV : a) L’amplitude su signale de sortie :us= 3,13 V, ue=¿ 1 V b) L’amplification du montage : us ue = 3,13 kΩ c) Application d’une amplitude de 5 V (déformation du signal de sortie) : ue lim = 3,13 V pour une tension de 5 V : on a dépassé ue lim ⁡ . On remarque que l’amplitude du signal de sortie diminue jusqu’à conduire à la distorsion du signal. d) L’impédance d’entrée et de sortie :  Pour l’impédance de sortie on a un court-circuit :  zs= R2. Z' s R2+z' s→ Z' s=0 alors zs= 0 kΩ zs= 3.13*Is kΩ (en réalité il existe une impédance de sortie) III. Amplificateur soustracteur : 1. L’expression de us: U −¿=[ u1R 2 R y+R 2]+[ U s R1 R1+R2]¿ U +¿=[ u2R4 R 3+R 4]¿ U 2=U 1→ us= ¿][ R1+R2 R1 ]−[ u1 R1 R2 ] pour R1=R2=R3=R on aura us=u2−u1 Réalisation du montage : Montage Proteus : Oscilloscope : 2. La tension us: d’après le schéma us=2,85V 3. La limite du montage : us lim ¿ u2−u1=5−2=3V IV. Amplificateur additionneur : 1.L’expression de us=f (u2,u1): u −¿=uS[ R1 R2+ R1]¿ u +¿=u1[ R 4 R3+R 4]+u2[ R 3 R3+R 4]¿ u −¿=u +¿ ¿¿→U s=¿ pour R1 =R2 =R3 =R U s=U 1+U2 Réalisation du montage : Montage Proteus : Oscilloscope : 2. La tension U s: = 6.47 V 3. La limite du montage : U s=U1+U2= 5+2 = 7V V. Amplificateur dérivateur : C=100 nF , R=1kW d’après les lois de mailles : ¿¿et ⅈ −¿=0¿) ue+−q c =0 et −Rie−us=0 us=−Rieet eq=c .ue or ie= q ⅆ t ⅆdonc U 5=−R q ⅆ t ⅆ=−RC ⅆU e t ⅆ 1. Pour le signal triangulaire alternatif d’amplitude 2V de fréquence 2KHz : Montage proteus : Oscilloscope : 2. Pour un signal sinusoidal : Montage proteus : Oscilloscope : 3. Les observations :  Pour le signal triangulaire on a eu un signal carré à la sortie ,le signal d’entrée est de forme a.t+b :une droite de pante positive ;sa dérivée = a. on a d’autre coté U 5=−RC ⅆUe t ⅆ = −¿RC .a→ −¿RC .a< 0 : voila la réponse est une constante négative (-) ce qui est montré sur le graphe  Pour le signal sinusoidal le signal de sortie U 5 est en retard par rapport au signal d’entrée Ue(quadrature arrière) VI. Amplificateur intégrateur : Ce montage est théorique car les courants de polarisation de l’amplificateur opérationnel ne sont pas tout a fait nuls C=100 nF , R=1kW A t=0, on ouvre l’interrupteur k ainsi q(0)=0 d’après la loi des mailles on a : ue=−Rie=0et −q c −us=0 ⅈe −¿=0, i= q ⅆ t ⅆ¿ donc ue=Rie= R q ⅆ t ⅆ= - RCⅆU s t ⅆ donc U s(t )−U s(0 )=∫ 0 t ⅆUs=∫ 0 t −1 RC U e(t ') ⅆt '=−1 RC∫ 0 t U e(t ' )ⅆt ' avec (U s(0 )=0¿ 1. U e un signal carré altérnatif d’amplitude 4V et de fréquance 1KHz montage proteus: Oscilloscope : 4. Une résistance C :  dans l’amplificateur intégateur on trouve en sortie l’intégral du signal d’entrée. Ce montage ne fonctionne pas correctement à cause des courants de polarisation et de la tension de décalage présent à l’entrée ,la tension de sortie évoluant vers la saturation positive ou négative .Pour remédier à ce défaut , on monte en parallèle sur le condensateur C une résistance R  pour avoir des signaux d’entrée et de sortie de meme amplitude pour les fréquanses très supérieures à 1 2πR ' c que le montage se comportera en intégrateur (car pour avoir le meme fonctionnement il faut que R’C ω>>1)  Signale triangulaire : Montage proteus : Oscilloscope :  Signal sinusoidale : Montage proteus : Oscilloscope : CONCLUSION : L’amplificateur opérationnel est un composant électronique qui résulte de l’intégration de plusieurs étages amplificateur dans un même boitier. Il comporte généralement deux entrées, appelées respectivement entrée inverseuse (-) et non inverseuse (+), et une seule sortie. L’amplificateur opérationnel permet d’amplifier la différence de potentiel entre les deux entrées. Lors de ce TP nous avons pu réaliser vi une simulation Proteus –ISIS differents montages à l’aide d’un Amplificateur operationnel , nous avons alors été en mesure de bien comprendre son mode de fonctionnement lineaire ( procédant aux multiples opérations arithmetiques ) et non lineaire ( operations de comparaison) .les signaux desinés dés lors , demontrent notre etude théorique ( erreur de mesure mise a part ). uploads/Litterature/ tp-ea-aop.pdf