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Travaux pratiques ge11-en

TRAVAUX PRATIQUES D’ELECTRONIQUE
1ère année
Semestre 1
Module GE11 et EN1
PRESENTATION DES COMPTES RENDUS DE TRAVAUX PRATIQUES. 2 TP2 : MONTAGES A AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS . 5 EVALUATION DE TP A LA FIN DES 5 SEANCES DE TRAVAUX PRATIQUES PRESENTATION DES COMPTES RENDUS DE TRAVAUX PRATIQUES

Chaque groupe rendra un rapport de TP sur copie double.
L’entête des comptes-rendus devra mentionner les informations suivantes :
Noms : Marge de 3 lignes (pour remarques et notation à la correction) Début du compte rendu… Chaque courbe relevée à l’oscilloscope ou déduite de mesures, doit comporter : - La série et le n° de groupe. - La référence du TP - Le titre du relevé (référence par rapport au texte du compte rendu). - Les échelles des voies et la sensibilité de la base de temps (ou l’indication du mode XY). Une feuille de relevés retrouvée doit comporter les renseignements nécessaires pour être rendue à ses propriétaires. Avec un relevé, on doit pouvoir savoir de quel TP il s’agit et quel essai a été fait. Les indications doivent permettre de lire des valeurs sur les courbes avec le maximum de précision. Les points de mesure doivent figurer sur les tracés de courbe. Le tracé passe au mieux par les points mais pas forcément exactement par tous les points (lissage). Les points de mesure doivent être reportés à chaque mesure directement sur le graphe afin de pouvoir juger de l’évolution de ce dernier en cours de mesures. Vous devez comparer vos résultats pratiques (issus des mesures) avec les résultats espérés par les calculs, en écarts relatifs par rapport aux valeurs calculées (en tenant compte de la valeur mesurée des composants). Cette comparaison doit faire l’objet d’un commentaire dans le texte du compte rendu. La valeur obtenue dans des conditions correctes à l’oscilloscope (bonne sensibilité, base de temps adaptée, relevé précis…) est incertaine à +/-3%. Chaque compte-rendu se terminera par des commentaires sur les mesures (méthode de mesure, limitations, précision, etc.…) et une discussion des résultats. • Un test individuel NOTE de 15 mn sera fait en début de séance. Cette partie sera évaluée
lors de la correction du compte-rendu (en principe le ¼ de la note de CR) et comptera comme note de contrôle continu. Le bon déroulement d’un TP n’est possible que si la préparation est faite sérieusement. Il est donc indispensable d’avoir fait tous
les calculs en arrivant dans la salle.
Le matériel de mesure nécessaire reste sur place (voir liste sur la table) Les composants passifs sont être rangés correctement. TP1 : MULTIMETRE ET OSCILLOSCOPE
Voir les cours/TD sur le condensateur. Lire en annexe (sur table) l’utilisation de l’oscilloscope numérique, les mesures. A. Mesure de tensions, encadrement de la mesure.
Lire l’annexe sur les incertitudes et la précision des mesures. A1 - MONTAGE D’APPLICATION : A1- Mesurer la valeur des résistances au multimètre, en choisissant un nombre de digits assurant une
précision du %. Vérifier que cette mesure est conforme à la valeur nominale compte de l’encadrement de R dû à la précision. A2- Faire le câblage correspondant au schéma ci-dessus et mesurer S.

A3- Charger le montage avec une résistance de 15kΩ. Refaite la mesure de S.
Justifier cette nouvelle valeur (en prenant pour les résistances les valeurs mesurées)
A4- Faire le schéma de Thévenin du schéma 1. Faire le montage :
RTh avec les deux résistances R1 et R2. GBF sur DC pour ETH. Charger le nouveau montage avec R = 15kΩ. Mesurer S. Comparer cette mesure à celle faite en B. Evolution de la tension aux bornes d’un condensateur soumis à un
échelon de tension via une résistance :

B1- Câbler le montage suivant, après avoir mesuré les composants R et C.
B2- Mesurer R et C. Calculer la constante de temps τ.

B3
- Régler le GBF pour avoir un signal carré symétrique de 5V en sortie (out) de période supérieure à
deux fois 5
τ.
Synchroniser la voie 1 de l’oscilloscope sur le signal du GBF. Vérifier que T/2 > 5τ.

On dit que Vs(t) = V(∞) pour t ≥ 5.τ ds/dt est alors nul, in visu.
B4- Vérifier avec les curseurs que pour t = τ : Vs(τ) = 0,63. [ Vs()-Vs(0) ] + Vs(0)
B5- Mesurer le temps de montée de 10% à 90% de s(t). Vérifier qu’il correspond à tm = 2,2τ.
B6-
Appliquer un offset au signal de sortie pour avoir s(t) évoluant de 0 à 10V.
Recommencer les mesures de τ
C- Méthode des nœuds
On veut déterminer le potentiel du nœud A (par rapport à la masse) 1. Flécher et nommer les courants dans chacune des branches. Flécher les tensions aux bornes de chaque 2. Ecrire la loi des nœuds au nœud A.
3.
En déduire le potentiel du nœud A (Va) en fonction des résistances, de E1, de E2.
4. Application numérique : donner les valeurs numériques de Va
a. Avec les valeurs nominales des résistances. b. Avec les valeurs réelles des résistances que l’on aura mesurées au préalable au multimètre. 5. Vérification expérimentale :
a. Câbler le montage et vérifier par mesure les valeurs numériques de Va. TP2 : MONTAGES A AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS
II. OBJECTIFS
• Etudier les montages fondamentaux linéaires à amplificateurs opérationnels (supposés parfaits). III. PRÉPARATION
1. Montages amplificateur inverseur et non-inverseur.
• Rappeler le gain en tension et la résistance d'entrée Re en fonction des résistances.
• Dessiner s = f(e) en tenant compte des saturations de la sortie.
2. Montage sommateur
• Dessiner le schéma d'un sommateur inverseur à 2 entrées. • Calculer les gains en tension G1 et G2 et les résistances d'entrée Re1 et Re2, en fonction des résistances du IV. MANIPULATION
A. Montage amplificateur non-inverseur
• Réaliser un montage amplificateur non-inverseur de gain en tension Gv =11
• Relever la caractéristique s = f(e) (oscilloscope en mode XY), où e est la tension d’entrée fournie par le
GBF (signal triangulaire symétrique d'amplitude E = 2V, soit 4V crête à crête, et de fréquence 500Hz), et s
est la tension de sortie du montage.
• En déduire les valeurs elimite de e permettant de rester dans le domaine linéaire de l'amplificateur.
Dans la partie linéaire, mesurer le gain en tension Gv.
• Relever, sur le même graphe, la tension d’entrée e(t) la tension de sortie s(t), en fonction du temps sur une
période, avec pour e(t) les amplitudes successives suivantes :
E INFERIEUR à elimite. Vérifier le gain en tension Gv de ce montage amplificateur
• Comparer le résultat avec la valeurs calculée à partir des résistances mesurées (erreur relative en %) • Evaluer la résistance d'entrée du montage. Est-elle mesurable avec nos moyens? B. Montage amplificateur sommateur inverseur
Réaliser le montage avec R1 = 22 kΩ, R2 = 47 kΩ et R3 = 100 kΩ.
e2 = 0V et e1 = 0,5V (valeur exacte à mesurer au voltmètre). La
tension 0,5V est fabriquée à partir de l'alimentation +5V à l’aide d’un diviseur de tension à 2 résistances et est appliquée à e1 après
passage dans un montage suiveur pour adapter les impédances. Mesurer la tension de sortie s = s
1 et en déduire G
e2 = 5V et e1 = 0V. Mesurer la tension de sortie s = s2 et en
e1 = 0,5V et e2 = 5V. Mesurer la tension de sortie s
• En
Quelles sont les résistances d’entrée équivalentes pour chaque entrée? Expliquer la réponse. TP3 : QUADRIPOLES
I. PRÉPARATION

On modélise un montage dont on ne connaît pas le schéma interne par un quadripôle présentant une impédance
d’entrée Ze, et une sortie équivalente à un générateur de Thévenin (S0, Zs).
A. Mesure du gain en tension à vide du montage : Gv0 S0 amplitude crête à crête du signal de sortie, à vide (charge ZU hors circuit ) : S = S0.
K (ouvert)
Oscilloscope
B. Mesure de l’impédance d'entrée Ze tension _ '
d entrée(V )
courant _ '
d entrée I
Méthode de détermination de Ze par deux mesures successives : Fig a : S11 = GV0.E1
Fig b : S12 = GV0.E2
La sortie du quadripôle est à vide (pas de charge). La prise de mesure à l'oscilloscope ne doit pas être faite à l'entrée du quadripôle mais à la sortie pour ne pas affecter la mesure de Ze (l’impédance d’entrée de l’oscilloscope viendrait en parallèle sur Ze). • 1ère mesure (fig a), R = 0 (non mise ou court-circuitée) • 2ème mesure (fig b), R est placée en série avec l’entrée ⋅ E . Alors S =
ce qui donne l’expression de Ze en fonction de R, S En pratique Ze est une résistance ( Re ). • Démontrer que si R = Re alors
II. MANIPULATION
A. Relevé des caractéristiques d'un quadripôle • Utiliser la boite d’essai placée sur votre table. Alimentatio
• Indiquer le numéro de la boite sur votre compte rendu. • Alimenter la boite (+15V, 0V, -15V) : attention aux polarités. • Réaliser sur la boite la liaison L2 et la liaison e3 → OV. L’entrée du montage est entre e1 et 0V (Ve1), la sortie entre s2 et 0V (Vs2). 1. Réponse à une sinusoïde
Appliquer à l’entrée e1 un signal sinusoïdal Ve1 de fréquence 500 Hz et d’amplitude suffisante pour faire apparaître les saturations de Vs2 (la sortie n’est plus sinusoïdale). • Relever Vs2(Ve1) avec l’échelle optimale (en mode XY). 2. Gain en tension
• Régler l’amplitude de Ve1 pour que le signal de sortie Vs2 ne soit pas saturé. Relever Ve1 (t) et Vs2 (t). Vérifier 3. Résistance d’entrée
• Déterminer la résistance d’entrée Re1 du montage (utiliser la méthode de mesure exposée ci-dessus). • Détailler les valeurs mesurées et le calcul. • Dessiner et réaliser le montage permettant de d’obtenir une tension de 7.5V à l’aide de deux résistances identiques de 100kΩ à partir d’une source de tension fixe de 15V. Noter la valeur obtenue sur votre compte-rendu. • On conserve le montage précédent, et on désire obtenir une tension de 3.75 V en mettant en cascade un deuxième pont diviseur de tension. Utiliser pour cela deux résistances identiques supplémentaires dont l’ordre de grandeur est proche de la centaine de kΩ. Réaliser le montage et noter la valeur obtenue en sortie. • Pourquoi le résultat obtenu n’est pas correct ? • Proposer une solution utilisant 4 résistances (deux ponts diviseurs en cascade) qui fonctionne. • Réaliser le montage et noter la valeur de la tension de sortie. Faire valider par l’enseignant et expliquer. • Réaliser le montage et noter la valeur de la tension de sortie. Faire valider par l’enseignant et expliquer. TP4 : AMPLIFICATEUR DE MESURE
I. OBJECTIFS
Savoir amplifier avec précision une différence de tension.
Etudier le principe d'un amplificateur de mesure industriel.
II. PREPARATION
Dessiner son schéma avec un seul amplificateur opérationnel. Rappeler: • l'expression de la tension de sortie s(t) en fonction des tensions d’entrée e1(t) et e2(t) et des
• l'expression du gain différentiel et du gain de mode commun du montage.
Dessiner son schéma en utilisant trois amplificateurs opérationnels. Rappeler: • l'expression de la tension de sortie s(t) en fonction des tensions d’entrée e1(t) et e2(t) et des
• l'expression du gain différentiel du montage.
III. MANIPULATION
A. Montage amplificateur de différence R1 = R3 = 10 kΩ
R2
= 15 kΩ
R4 = 22kΩ
Réaliser ce montage sur la maquette en utilisant l’AOP de droite pour pouvoir effectuer le réglage d’offset (potentiomètre) 1. Tension différentielle et de mode commun
• Les entrées e1 et e2 sont pour l'instant identiques et égales à +2,5V continu (valeur exacte à mesurer). • Cette tension de 2,5V est fabriquée à l’aide d’un diviseur de tension à deux résistances alimenté par le • Calculer la tension d’entrée différentielle (ed) et la tension d’entrée de mode commun (emc). 2. Gain différentiel et de mode commun
• Mesurer la tension de sortie s et en déduire le gain de mode commun Gmc. • Contrôler la validité de ce résultat en mesurant les résistances et en calculant Gmc (voir le C/TD et la • Connecter e2 au +5V continu et laisser e1 à +2,5V. • Calculer ed et emc. Mesurer s et en déduire le gain différentiel Gd en tenant compte de Gmc mesuré ci- 3. Réglage du gain différentiel et du gain de mode commun
• On désire amplifier uniquement la différence de tension ed = e2 – e1 avec un gain de 1,5. • Rappeler la condition à respecter sur les résistances (voir le C/TD et la préparation). • R4 est remplacée par une résistance variable (boites AOIP) • Mettre les deux entrées à +5V et régler R4 pour obtenir Gmc = 0. • Relever avec précision la valeur de R4. • Commenter le réglage. 4. Vérification du fonctionnement
• Recalculer Gd avec la nouvelle valeur de R4. • Connecter e2 au +5V continu et laisser e1 à +2,5V. • Vérifier que le montage amplifie bien la différence et uniquement elle (ne pas démonter). B. Montage amplificateur de mesure 1. Réalisation du montage
• Compléter le montage précédent pour obtenir un amplificateur de mesure à trois amplificateurs opérationnels ayant un gain en tension de 50 (voir schéma dans le C/TD). • Utiliser le montage amplificateur de différence précédent, de gain en tension Gd = 1,5. Attention : le gain de mode commun doit avoir été annulé avec la procédure (§III.A.3) 2. Validation du montage

Opérations à réaliser :

• La sortie des AOP ne doit jamais être saturée. • Réglage d'annulation de la tension d'offset : les entrées du montage étant toutes les deux au 0 V, agir sur le potentiomètre de la platine pour obtenir 0 volt en sortie. • Vérification du gain de mode commun du montage qui doit être nul. Commenter la procédure de • Réglage du gain différentiel avec la résistance appropriée. TP 5 : Comparateur à AOP
I. Objectifs

• Etre capable d’identifier le fonctionnement d’un AOP en montage non linéaire. • Etre capable d’analyser le fonctionnement d’un comparateur. • Faire capable de concevoir une structure réalisant la fonction « comparateur à hystérésis avec tension de II. Préparation

Représenter les schémas structurels concernant les comparateurs simples et à hystérésis utilisant des AOP (voir Cours/TD). Représenter le schéma structurel repéré d’un comparateur à hystérésis inverseur (à AOP) qui a une tension d’hystérésis de 5V à 10% près et une tension de décalage de 5V. On se servira exclusivement du ±15V et de résistances. Déterminer les équations nécessaires permettant de tracer les caractéristiques s=f(e) des montages précédents. En déduire la valeur (théorique) des résistances. III. Mesures (la dernière partie D sera traitée si vous avez le temps)
A. Relevé de la caractéristique statique d'un amplificateur opérationnel e(t) est un signal triangulaire symétrique de 4 Volts d’amplitude, de fréquence f = 100 Hz (ou plus faible
pour ne pas avoir d'hystérésis
) .
Relever s = f ( e ) et repérer les extrema de s (dont leur valeur sera reportée)
B. Comparateur avec tension de référence e(t) : signal triangulaire symétrique d'amplitude supérieure au seuil VREF , de fréquence f = 100 Hz . • Visualiser e(t) et s(t) : 5V/cm au centre de l'écran. • Relever les courbes et reporter VREF sur la courbe e(t). • En déduire le rapport cyclique α =( temps où s = +VSAT) / période de s. • Inverser les entrées sur l’AOP, en gardant les mêmes réglages que précédemment. Faire les mêmes • Comparer les résultats obtenus et expliquer. C. Comparateurs à hystérésis non inverseur Comparaison entre montage amplificateur et comparateur à hystérésis: e(t) est un signal triangulaire symétrique de fréquence 100 Hz et d’amplitude suffisante pour faire apparaître les saturations de s(t) sur les deux montages. On câblera dans un premier temps le montage de la figure a, où toutes les mesures seront
effectuées. Puis on inversera les entrées + et – du montage pour réaliser le câblage de la figure b.
Séparer dans votre compte-rendu les parties a et b
s(e) et ε(e) sur le même graphe en utilisant la mémorisation de l’oscilloscope HP : s(e) sera enregistré avec AUTOSTRORE puis STOP
ε(e) sera ensuite enregistré par-dessus (sans changer la sensibilité horizontale)
avec RUN puis AUTOSTORE. (attention au sens de ε). Après avoir identifié la fonction correspondant à chaque structure :
1. Pour le comparateur à hystérésis : Relever la valeur des deux seuils de commutation et les comparer aux valeurs théoriques. Expliquer les différences. Repérer le sens du cycle à l’aide d’une fréquence de e(t) plus faible Mesurer Vsat+ et Vsat-, la largeur d’hystéresis et la tension de décalage Mesurer le gain et le comparer à la valeur théorique. Expliquer la différence. Mesurer Vsat+ et Vsat- ; Repérer et reporter sur votre relevé la zone linéaire Dans les 2 cas expliquer l'allure des signaux des courbes relevés.
D. Comparateur à hystérésis inverseur avec tension de décalage (voir préparation) Faire le schéma et réaliser sur la maquette à AOP un comparateur à hystérésis inverseur qui a une tension d’hystérésis de 5V à 10% près et une tension de décalage de 5V. On se servira exclusivement du ±15V et de résistances normalisées (multiples de 1- 1,5 -2,2 - 3,3 - 4,7). Attention prendre Vsat =14V.

Source: http://iut-tice.ujf-grenoble.fr/tice-espaces/GEII/pfca/wupload/File/ge11/TRAVAUX_PRATIQUES_GE11-EN1.pdf

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