L2 en Cours 7 AO Nl

11

Les montages Amplificateurs Oprationnels

Chapitre 1 : Rappel sur les outils danalyse

Chapitre 3 : Les montages de base de l AO en regime linaire

Chapitre 4 : Les montages de base AO en rgime non-linaire

Chapitre 2 : L' Amplificateur Oprationnel

Chapitre 5 : Montages divers

Cours dElectronique, IG2I, ENI2, Bruno FRANOIS Rgime non-linaire 2

Principe

Les montages comparateurs

Le multivibrateur astable

Le monostable

3

V s

V c c

- V c c

Z o n e l i n a i r e ( i )

P e n t e : A ( t r s g r a n d e )

Domaine de fonctionnement en dehors de la zone linaire

Les montages en fonctionnement non-linaire reposent sur l'utilisation d'une raction de la tension de sortie sur l'entre non-inverseuse afin de forcer la tension Vs prendre les deux valeurs Vcc et +Vcc.

Rappel :Zone linaire = (V+ - V-) = Vs -> 0, si A est trs grand et donc V+ = V -

AZone non-linaire : Vs {-Vcc, +Vcc}, est quelconque et donc V+ V -

4

Une tension inconnue Veest applique sur lentre positive

Si Ve > Vref alors Vs = +VccSi Ve < Vref alors Vs = -Vcc

Les montages comparateursComparateur de valeur relative

-

+

vs ve

+Vcc

-Vccvref

vs

ve

Vcc

-Vcc

Vref

Caractristique statique :Exemple : Vcc=3V, Vref=1V

5

Les montages comparateursComparateur de valeur relative

-

+

vs ve

+Vcc

-Vcc vref


vs

ve

Vcc

-Vcc

Caractristique statique :

6

V+=0 donc le passage de Vs dun tat un autre se produira quand la tension V_ sera gale zro.

En appliquant le thorme de superposition :* On teint vref (on remplace vref par 0V)

Les montages comparateursComparateur de valeur absolue

ve

-

+ vs

vref

R1

R2

A +Vcc

-Vcc

refe VRRRVRR

RV +++= 21 121 20=+V

eVRRRV +=

21

21

* On teint ve (on remplace ve par 0V) refVRRRV +=

21

12

*

27

Exercice :Vref =5V, Vcc=+15V, R1=R2=1k, Tracez la caractristique Vs en fonction de Ve

refe VRRV = 21

Le basculement aura lieu quand:

Il faut que Ve et Vref soient de polarit diffrente

+ > VVVs=+Vcc si refe VRRRV

RRR +++> 21

121

20 refe VRRV

21

8C:\utilisateur\bruno\cours\ig2i\L2 ao\comp1_.htm

9

Les montages comparateursComparateur hysteresis : Intrt

Ve

Vs

Vref

En fait, le signal d'entre est toujours entach de bruit.Si on n'en tient pas compte, des transitions rapides et intempestives entre les tats haut et bas apparaissent (c est invers sur la figure)

Les comparateurs hysteresis apportent une immunit par rapport aux parasites prsents sur le signal dentre

10


Introduction dune raction positive renvoyant une partie du signal de sortie sur lentre non inverseuse

Les niveaux de basculement vont tre diffrents selon la valeur de Vs

R2 +

-

R1

Vs

VH

VB

Ve

Vref

Comparateur inverseur hysteresis ou trigger de Smith

Vs {-Vcc, +Vcc}

11

sref VRRRVRR

RV +++=+ 21 121 2eVV =


Vs {VB, VH}Il existe donc deux seuils de basculement

Vs = VB Bref VRR RVRR RV +++=+ 21 121 22

R2 +

-

R1

Vs

VH

VB

Ve

Vref

+> 2VVesiVs = VH Href VRR RVRR RV +++=+ 21 121 21+< 1VVesi


12


vs

ve

VH

VB

V+1

V+2

Il y a deux rgions pour lesquelles ltat de la sortie est fix.

Dans la zone dhystrsis, ltat de la sortie peut prendre les deux valeurs. La valeur prise dpend de la valeur prise prcdemment en dehors. Cest une zone de mmorisation.


)VV(RRRVVV BH +== ++ 21 121

La diffrence entre ces deux seuils est appele hystrsis

Vs = VB +> 2VVesiVs = VH +< 1VVesi

313


se VRRRVRR

RV +++=+ 21 121 20=V se VRRV = 21

Le basculement aura lieu quand:

Il existe donc deux seuils de basculement selon la valeur de Vs

Comparateur non inverseur hysteresis ou trigger de Smith

R2 +

-

R1

Vs

+VH

VB

Ve

14

Vs {-Vcc, +Vcc}Il existe donc deux points de seuil :

Les montages comparateursComparateur non inverseur hysteresis ou trigger de Smith

vs VH

ve

VB

V+2

V+1

Si Vs = VH He VRRV > 21siSi Vs = VB Be VRRV < 21si

R2 +

-

R1

Vs

+VH

VB

Ve

021

121

22 >+++=+

He VRRRV

RRRV

021

121

21 V-, Vs = VHV+ augmente et conforte ltat haut de Vs

Href VRRRVRR

RV +++=+ 21 121 21

Le condensateur C se charge travers R vers la valeur VH

17

Le multivibrateur astableVc

0

0

V+1

VsVH

VH

Ds que la tension aux bornes du condensateur C atteint la valeur prsente sur lentre non inverseuse V+1La tension de sortie Vs devient gale VB

R2 +

-

R1

Vs

VH

VB

Vref

R

C VC

18


0

0

V+1

VsVH

VH

La tension de sortie Vs devient gale VBLe condensateur se charge travers la rsistance R vers la tension VBLa tension qui apparat aux bornes de lentre positive devient gale

VB

V+2VB

Bref VRRRVRR

RV +++=+ 21 121 22

R2 +

-

R1

Vs

VH

VB

Vref

R

C VC

419


R2 +

-

R1

Vs

VH

VB

Vref

R

C VC

Ds que la tension aux bornes du condensateur C atteint la valeur prsente sur lentre non inverseuse V+2La tension de sortie Vs devient gale VH

Vc

0

0

V+1

VsVH

VH

VB

V+2VB

Le condensateur se charge travers la rsistance R vers la tension VHLa tension qui apparat aux bornes de lentre positive devient gale

Href VRRRVRR

RV +++=+ 21 121 2120


Ds que la tension aux bornes du condensateur C atteint la valeur prsente sur lentre non inverseuse V+1La tension de sortie Vs devient gale VB

Vc

0

0

V+1

VsVH

VH

VB

V+2VB

Le condensateur se charge travers la rsistance R vers la tension VBLa tension qui apparat aux bornes de lentre positive devient gale

R2 +

-

R1

Vs

VH

VB

Vref

R

C VC

21


0

0

V+1

VsVH

VH

VB

V+2VB

Dtermination de la dure ltat haut H

En rgime permanent la dure ltat haut correspond au temps mis par le condensateur pour passer de V+2 V+1

H( ) ( ) ( )( ) ( )+= c .e c 0 VVVc tVc C.R t-

( ) ( ) HC.R t-H VVV tVc .e 2 += +Au bout de la dure H, la tension vaut V+1( ) HC.R-H VVV V H .e 21 += ++

= +

+

1

2 VVVVLn.C . R

H

HH

22

Le multivibrateur astableDtermination de la dure ltat haut H

Href VRRRVRR

RV +++=+ 21 121 21Bref VRR

RVRRRV +++=+ 21 121 22

= +

+

1

2 VVVVLn.C . R

H

HH

+

=

H

fRe

H

fRe

H

B

H

V

V

V

V

VV .

RR

Ln.C . R

1

1 1 2

1

+=

H

fRe

H

fRe

H

V

V

V

V

RR.

Ln.C . R

1

21 2

1

Si lalimentation est symtrique, VB = -VH

23


0

0

V+1

VsVH

VH

VB

V+2VB

Dtermination de la dure ltat bas B

En rgime permanent la dure ltat bas correspond au temps mis par le condensateur pour passer de V+1 V+2

B

( ) ( ) ( )( ) ( )+= c .e c 0 VVVc tVc C.R t-

( ) ( ) BC.R t-B VVV tVc .e 1 += +Au bout de la dure B, la tension vaut V+2

= +

+

B

BB VV

VVLn.C . R

2

1( ) BC.R-B VVV V B .e 12 += ++ 24

Le multivibrateur astableDtermination de la dure ltat haut B

Href VRRRVRR

RV +++=+ 21 121 21Bref VRR

RVRRRV +++=+ 21 121 22

+

=

B

fRe

B

fRe

B

H

B

V

V

V

V

VV .

RR

Ln.C . R

1

1 1 2

1

+

++=

H

fRe

H

fRe

B

V

V

V

V

RR.

Ln.C . R

1

21 2

1

Si lalimentation est symtrique, VB = -VH

= +

+

B

BB VV

VVLn.C . R

2

1

525

Le multivibrateur astableRapport cyclique

+=

2

1 21 RR. Ln.C . R

HB

HH T

+==

Si Vref = 0 alors B = H = et =0,5

26

27

Le monostableRappel : Monostable

Ve

t

Vs

tstable transitoire stable

Impulsion de commande

Le monostable est un circuit logique un tat stable unique

Gnration dune impulsion unique de dure et damplitude calibre

On peut imaginer des montages monostables :avec une impulsion de commande positive ou ngativeavec un tat de repos ltat haut ou ltat bas

28

Vet

0

C

veR1

VR1

t0

t

Vd

0

VccVcc

C

ve R1

vd

Le monostableRappel : le drivateur

29

Le monostableMontage AOP

+

_

R

Vs

VH

VB C VC R

Vref

Vimp

Hypothses :_ Vref > 0

_ Vimp = 0_ VC = 0 la mise sous tension

Le montage est compos dun drivateur et dun amplificateur boucl sur son entre positive

30

Le monostableComme Vimp = 0, V- = Vref > 0VC = 0, V+ = VR = 0Donc V- > V+ , Vs prend la valeur VB.

Le condensateur va se charger travers R vers la valeur VB !

V+ = VR = Vs -VC = VB -VCLorsque le condensateur est charg VC = VBV+ = VR = VB -VB =0, ce qui conforte Vs = VB

+

_

R

Vs

VH

VB

C VC R

Vref

Vimp

631

Le monostable

+

_

R

Vs

VH

VB

C VC R

Vref

Vimp

V +

0

0

VsVH

VB

VB

Vref

0

Vref

V- > V+ donc Vs reste VB,

V -

Charge de C

Le condensateur va se charger travers R vers la valeur VB !

V+ = VR = Vs -VC = VB -VCLorsque le condensateur est charg VC = VBV+ = VR = VB -VB =0, ce qui conforte Vs = VB

32

V +

0

0

VsVH

VH +|VB|

VB

VB

Vref

0

Vref

V -

+

_

R

Vs

VH

VB

C VC R

Vref

Vimp

Pour que Vs change dtat, il faut que V-change de signe

Pour cela, il faut une impulsion ngative damplitude suprieure VrefVs passe VHVC = VB et V+ passe donc instantanment VH+|VB|

Le condensateur va se charger vers VH

Le monostable

33

V +

0

0

VsVH

VH +|VB|

VB

VB

Vref

0

Vref

V -

+

_

R

Vs

VH

VB

C VC R

Vref

Vimp

Le monostable

Le condensateur va se charger vers VHVR = V+ tend retourner zro mais

Ds que (VR = V+) < V- alors Vs passe VB

H

34

V +

0

0

VsVH

VH +|VB|

VB

VB

Vref

0

Vref

+

_

R

Vs

VH

VB

C VC R

Vref

Vimp

Si Vs passe VB VR = V+ passe VB

H

Temps de relaxation

Tant que le condensateur nest pas recharg (VR = 0), on peut pas envoyer une nouvelle impulsion de commande

V -Le monostable

35

Le monostableCalcul de la dure de limpulsion

36

737

Bilan des montagesLa dtection de seuil permet de dclencher des actions lorsqu'un phnomne physique a atteint une certaine limite. Par exemple, le dclenchement d'un thermostat une temprature donne.

L2 en Cours 7 AO Nl

Documents

Transcript of L2 en Cours 7 AO Nl