TP Electronique

M. Adel BOUALLEGUE

2009/2010 1

ÉCOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE SOUSSE Département d’Électronique Industrielle - Laboratoire d’électronique et de

traitement de signal

Fascicule de TP en Électronique Analogique Modulaire

A l’attention des étudiants élèves ingénieurs

PREPARE PAR Mr. ADEL BOUALLEGUE

Docteur, Agrégé en GE et Maître Assistant à l’École Nationale d’Ingénieurs de Sousse.

A.U. 2009 - 2010

ContenueContenueContenueContenue PréPréPréPré----requis requis requis requis 1. Étude et applications des AOp 2. Filtrage analogique 3. Oscillateurs 4. Boucle à verrouillage de phase 5. CAN & CNA

- Électronique de base - Circuits électriques - Mesures électriques - Électronique analogique II

Adel BOUALLEGUE Page 2 14/09/2010

TP N°1 APPLICATION DES AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS ET CONTRAINTES

D’UTILISATION

BUT Connaître les contraintes d’utilisation d’un amplificateur opérationnel réel et évaluation de la distorsion en fonctionnement linéaire et non linéair. I. ÉVALUATION DE LA TENSION DE DECALAGE La tension de décalage, Vd est une tension mesurée à la sortie lorsque l’entrée est nulle. C’est une tension continue et de faible valeur. I.1. Mesure de Vd Pour rendre sa mesure possible, il faut adapter un gain important comme l’on propose dans le montage de la figure 1.

- Déterminer l’expression de VD en fonction de Vs - Réaliser le montage suivant, avec R1=1 kΩ et R2=100 kΩ. - Mesurer à l’aide de l’oscilloscope la tension de sortie. - Déterminer la valeur de VD

Pour réduire cette tension à zéro (cas idéal), on procède à la compensation par un potentiomètre de 10 kΩ, selon le montage de la figure 2. Réglez le potentiomètre jusqu’à ce que la sortie soit nulle. Gardez ce réglage.

R1

R2

+

-

VD

R1

R2

+

-

-Vcc

5

Figure 1 Figure 2 I.2. Distorsion associée à Vd On excite le montage par un GBF, à travers la résistance R1 par un signal sinusoïdal e(t)=1sin(wt). R1=1 kΩ et R2=2 kΩ. Justifier le choix de la fréquence. En augmentant progressivement l’amplitude de e(t), - Déterminer l’amplitude de la première distorsion puis celle de la deuxième. - Conclure à propos de ce phénomène. - Expliquer ce phénomène à travers une application audio. II. VITESSE DE BALAYAGE Sr (Slew rate) La vitesse de balayage exprime la pente de variation de la sortie du circuit pour un échelon à l’entrée (figure 3). - Réaliser le montage de la figure 4 - Appliquer à l’entrée un signal carré symétrique d’amplitude 1 V et de fréquence 1 kHz. - Relever sur le même graphe les courbes d'entrée et de sortie telle la pente soit claire. - Relever la valeur de la pente de la sortie en V/µs.

TP en électronique analogique modulaire

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-

+

R1

R2

Ve

Vs

Figure3 Figure4

Pour un signal sinusoïdale Vs(t) = S.sin(wt). La vitesse λ est telle que: ( )

...2max

max SfSt

tVS πωλ ==

∂

∂= Donc la vitesse maximale est fonction de l'amplitude de et

de la fréquence du signal d'entrée. Pour une amplitude maximale, déterminer la valeur de la fréquence maximale (fm) satisfaisant la valeur maxλ . Comparer fm à la bande passante caractéristique de l’AOp.

III. APPLICATIONS EN REGIME LINEAIRE III.1. Suiveur de tension On s propose d’étudier le rôle d’un suiveur de tension en réalisant le montage de la figure 5.

- Réaliser le montage de la figure 5. - Appliquer à l’entrée un signal sinusoïdal (5 V, 100 Hz) - Quelle est la valeur du gain

Ce montage peut être utilisé pour exploiter sa haute impédance d’entrée et sa faible impédance de sortie. Un exemple d’exploitation est décrit dans la partie suivante. Selon le Montage de la figure 6

- Déterminer l’expression de la tension Uc sans charge (Rc éliminée) - Déterminer l’expression de la tension Uc avec charge (Rc connectée) - Conclure à propos de la valeur de la tension de sortie Uc - Réaliser le montage de la figure 6 - Pour V=1.Sin(314.t), relever le signal de sortie - Comparer le résultat aux valeurs théoriques - Insérer le montage suiveur (figure 5) conformément au montage de la figure 7 - Mesurer la tension de sortie - Conclure sur le rôle du suiveur.

III.2. Montage intégrateur On s e donne le montage de la figure 8.

- Déterminer l’expression de Vs(t) en fonction de Ve(t) et des composants du montage - Sachant pour x proche de 0, ex≅1+x ; déterminer la condition sur t par rapport à τ pour

que Vs(t) soit l’intégrale de Ve(t) ?

-

+

Ve

Vs

R1

R2

Rc Uc

V

R1

R2

Rc

Uc

V

-

+

Figure 5 Figure 6 Figure 7


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- En déduire la condition de choix de la fréquence f par rapport à 1/τ pour que le montage travaille en intégrateur.

- Réaliser le montage de la figure 8 - L’entrée est un signal carré d’amplitude 1 V, relever les courbes de Ve et de Vs dans

les trois cas suivants : f=1/τ ; f<<1/τ ; f>>1/τ - Conclure sur le domaine d’intégration d’un pseudo - intégrateur.

+

-

R

R' C

Vs

Ve

Figure 8

IV. APPLICATIONS EN REGIME NON LINEAIRE IV.1. Comparateur à hystérésis ou Trigger de Shmitt a. Montage inverseur On se donne le montage de la figure 9 :

- Calculer les seuils de basculements supérieur et inférieur Vm et VM - Réaliser le montage de la figure 9 - Régler le signal d’entrée à une amplitude minimale et à fréquence f=100 Hz - Augmenter l’amplitude jusqu’à avoir un basculement du signal de sortie - Mesurer les points de basculement. Les comparer aux valeurs théoriques - Mesurer les tensions de saturation et les comparer aux tensions d’alimentations +Vcc

et –Vcc. - Relever la courbe de Lissajous - Régler l’amplitude de l’entrée à une amplitude légèrement supérieure au seuil de

basculement. Augmenter l’offset de l’entrée, décrire et conclure à propos de ce qui se passe.

b. Montage non inverseur Pour le montage de la figure 10,

- Calculer les points de basculement - Réaliser le montage et relever la courbe de Lissajous. La comparer à celle de du

montage précédent.

R2

+

-

R1

VS

Ve

R2

+

-

R1

VS

Ve

Figure 9 Figure 10

IV.2. Multivibrateur astable On se donne le montage de la figure 11.


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- Calculer les points de basculement - Établir l’expression de l’équation différentielle de Vs(t) - Réaliser le montage - Relever les courbes de Vc(t) et de Vs(t) - Mesurer la période du signal de sortie T - Vérifier la valeur de T théoriquement Modification du rapport cyclique On se propose de modifier le montage précédent selon le montage de la figure 12.

R3

+

VS

-

C

R1

R2

Uc

+

VS

-

C

R1

R2

Figure 11 Figure 12

- Réaliser le montage - Varier le potentiomètre et conclure à propos du signal de sortie - Expliquer le fonctionnement


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TP N°2

LES FILTRES ACTIFS

BUT

Pratiquer et comprendre des filtres de premier et de second ordre.

I. FILTRE PASSE BAS DE PREMIER ORDRE

On se donne le montage de la figure 1.

- Déterminer l’expression de sa fonction de transfert - Quelle est la valeur du gain maximal - Calculer sa fréquence de coupure à – 3dB - Calculer le déphasage à la fréquence de coupure - Tracer l’allure asymptotique du diagramme de Bode

-

+ VsVe

R

C

Figure 1

Réaliser le montage de la figure 1. Le signal d’entrée est un signal sinusoïdal d’amplitude 1 V.

- On demande d’afficher à l’oscilloscope les signaux d’entrée et de sortie - Afficher le déphasage et les amplitudes de Ve(t) et de Vs(t) sur l’oscilloscope par la

mesure automatique - Faire varier rapidement la fréquence du signal d’entrée en regardant les amplitudes - Relever les valeurs de la fréquence f, le déphasage φ et l’amplitude de la sortie dans

les différentes zones où on remarque une variation remarquable du gain - Mesurer la fréquence de coupure - Mesurer la pente hors la bande passante et la comparer à -20 dB/dec.

II. FILTRE PASSE BAS DE SECOND ORDRE

Le montage est donné à la figure 2.


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Refaire la même étude.

-

+ VsVe

R

C2

R

C1

Figure 2

III. FILTRE PASSE HAUT DE SECOND ORDRE


- Déterminer l’expression de la fonction de transfert - Déterminer l’expression de la fréquence de coupure sachant qu’elle est la même pour

le montage passe bas équivalent (en inter - changeant les R et C)

-

+ VsVe

R2

C

R1

C

Figure 3

Réaliser le montage de la figure 18. Le signal d’entrée est sinusoïdal d’amplitude 1 V.

- Mesurer la fréquence de coupure fc et le déphasage correspondant - Le signal d’entrée est un signal carré symétrique d’amplitude 1 V. Relever les courbes

de Ve et de Vs pour les trois cas suivants : o f<fc o f=fc o f>fc

- Expliquer les courbes précédentes sachant que le signal Ve(t) choisit est tel que : Ve(t)=4/p[Sin(wt)+1/3Sin(3wt)+1/5Sin(5wt)+1/7Sin(7wt)+…]

IV. FILTRE PASSE BANDE



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- Déterminer l’expression de la fonction de transfert - Déterminer l’expression de la fréquence de coupure

+

- Vs

Ve

R

C

R1

C

R

Figure 4

Réaliser le montage de la figure 4 avec Ve(t)=1.Sin(wt).

- Relever le diagramme de Bode - Mesurer la fréquence de coupure - Comparer à la valeur théorique.


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TP N°3

LES OSCILLATEURS QUASI-SINUSOÏDAUX

BUT

Calcul, réalisation et manipulation de quelques types d’oscillateurs de faible fréquence.

OSCILLATEUR A PONT DE WIENN

L’oscillateur est donné à la figure 13.

-

+

VsR

R2

C

R1

R C

Vr

Figure 13

Etude de la chaîne de réaction


- Déterminer l’expression de la fonction de transfert G(jw)=Vr/Vs - Quelle est la condition pour que G(jw) soit réelle pure ? - Déterminer l’expression de la fréquence correspondante fo en fonction de R et C - Quelle est la valeur du gain ç cette fréquence ?

VsRC

R C

Vr

Figure 14

Réaliser le montage de la figure 14.

- Tracer la courbe de l’amplitude de gain G=Vr/Vs - Cette courbe est maximale (G=Go) pour quelle valeur de fréquence fo ? - Quel est le déphasage correspondant


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- Comparer aux résultats théoriques

Etude de la chaîne d’action

Le montage correspondant est celui de la figure 15.

- Donner l’expression du gain G=Vs/Ve - Pour quelle valeur de R1, G=Go ?

-

+Vs

R2

R1

Ve

Figure 15


- Pour Ve(t)=1.Sin(314t), régler le potentiomètre pour que G soit égal à Go

Réalisation de l’oscillateur

Relier les deux parties selon la figure 13, sans toucher au réglage de R1.

- Visualiser le signal de sortie - Régler le potentiomètre jusqu’à avoir les oscillations à la sortie - Mesurer la fréquence du signal. La comparer à fo - Par réglage du potentiomètre, quels sont les différents cas de figure du signal de

sortie ? - En ajoutant deux diodes en têtes bêches (figure 16) entre R2 et la sortie quel est

l’influence de potentiomètre ?

Figure 16

OSCILLATEUR A RESEAU DEPHASEUR


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- Régler le potentiomètre jusqu’à déclenchement des oscillations - Mesurer la valeur du potentiomètre - Calculer le rapport avec R1 et le comparer à 1/3 - Conclure

-

+VsV

1

R2

R1

C

R

C

R

C

Figure 17


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Annexe


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Brochage

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