L’AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL en régime linéaire

MP et MP* Travaux Pratiques

L’AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL en régime linéaire

But : analyse de quelques fonctions et quelques limites de l’AO.

Alimenter l’AO avant de brancher le GBF de commande ! Ne pas oublier de relier la masse de l’alimentation –15 V, + 15 V à la masse du GBF !

I - SATURATIONS ou limites du domaine linéaire 1) En tension de sortie

Construire un montage amplificateur non-inverseur de gain 10 sans résistance de charge. La tension d’entrée sera sinusoïdale de fréquence « raisonnable » (c'est-à-dire quelques kHz) et d’amplitude inférieure à 1 V pour commencer. Augmenter cette amplitude et mesurer les tensions de saturation en sortie de l’AO. Sont-elles symétriques ?

2) En courant de sortie

Sur le même montage en évitant la saturation en tension, brancher une résistance d’utilisation variable. Commencer par une forte résistance puis abaisser sa valeur. Constater qu’un écrêtage apparaît et en déduire les intensités de saturation en sortie de l’AO.

II - Vitesse de balayage (slew-rate)

L’AO ne peut reproduire des signaux dont la pente excède une valeur limite σ. Cette limitation linéarisera les sections à grandes pentes des sinusoïdes provoquant une triangulation partielle ou totale. Les signaux créneaux seront aussi affectés.

Il faut pouvoir comparer signal d’entrée et de sortie à l’oscilloscope. Un suiveur est conseillé ou un ampli non-inverseur (mais dont le gain correspond au rapport des gains des voies de l’oscilloscope). On prendra une résistance de charge infinie.

Démarrer avec une tension sinusoïdale à l’entrée, de fréquence 100 Hz et augmenter cette fréquence. Observer la triangulation. Le gain chutant à haute fréquence (étude à suivre), ne pas hésiter à augmenter l’amplitude du signal d’entrée (en prenant garde à rester sous le seuil de saturation en tension !). Mesurer les pentes (montantes et descendantes) des parties linéarisées.

En déduire l’ordre de grandeur de la vitesse de balayage de l’AO 741 (recommencer avec le TL081).

III - Facteur de mérite : produit gain maximal.fréquence de coupure

Vous venez de constater qu’à haute fréquence, le gain du montage amplificateur non-inverseur chute. Ce montage se comporte comme un filtre passe-bas du premier ordre. Le vérifier pour une valeur de gain donnée (par exemple 10) : tracer le diagramme de Bode en gain et celui en phase (sur papier semi-logarithmique). Vérifier les valeurs des pentes des asymptotes et lire sur le diagramme la valeur de la pulsation de coupure à –3dB.

On désire vérifier que le produit (gain maximal x fréquence de coupure) = cste.

Pour des gains égaux à 10, 20, 40, 80, 160, mesurer à chaque fois la fréquence de coupure f_c (c'est-à-dire la fréquence pour laquelle le gain a chuté de 2). Mode opératoire : régler l’amplitude du signal à 4 carreaux à basse fréquence ; cette amplitude vaut alors

8 , 2 2 /

4 ≈ carreaux à la fréquence de coupure (ou 7 carreaux à basse fréquence et 5 à la fréquence de coupure).

Tracer la courbe ^{fc = f}

( )

_G¹ et en déduire le facteur de mérite.

MP et MP* Travaux Pratiques

IV - Sommateur 1) Réalisation

Réaliser un sommateur de tension tel que v_s = −

(

v1 +v2

)

où v₁ et v₂ sont deux tensions délivrées par des GBF. Ne pas hésiter à modifier les amplitudes relatives, les fréquences et la nature (sinusoïdal, créneau, triangulaire) des signaux. Expliquer l’éventuelle difficulté rencontrée pour stabiliser le signal de sortie sur l’écran de l’oscilloscope.

2) Battements

Additionner deux signaux d’amplitudes voisines et de fréquences voisines (de l’ordre du kHz).

Observer le signal de sortie et commenter sa forme. On s’aidera du calcul suivant :

( )

^cos

( )

^...

cosω₁t + ω₂t = où (pour le cas étudié ici) _{∆ω=ω2 −ω1 <<ω1}.

Une fois le signal visible à l’écran de l’oscilloscope (sans qu’il bouge : 1^er objectif !), noter l’effet d’une modification des amplitudes relatives des signaux d’entrée. Noter également l’effet d’une modification de _∆ω.

Déduire de l’observation du signal de sortie, la valeur de ∆ω/ω₁ et vérifier en lisant les fréquences sur les deux GBF d’entrée.

MATERIEL

• platine pré câblée avec AO 741

• plaquette support de composants enfichables

• lots de composants enfichables (résistances, condensateurs)

• 2 GBF

• 1 oscilloscope

• 1 multimètre numérique

• 2 boîtes de résistances variables