SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES semestre 1

DUT GEII Semestre 1 année 2017-2018

IUT de St Etienne

Département GEII

SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES semestre 1

Travaux Pratiques

TP SE1

ramaraym

Zone de texte

Ne pas écrire sur le fascicule. Ne pas emporter. Laisser sur la table.

ramaraym

Zone de texte

Laisser sur la table.

Département GEII

Fascicule de Travaux Pratiques

SE1 : Systèmes électroniques

Important :

Chaque étudiant doit venir en séance avec les réponses aux questions de la partie préparation au propre (1 à 2 pages) et en ayant lu et compris la partie expérimentation. Aidez-vous de votre cours et éventuellement de recherches internet. Apportez votre cours/TD.

Un compte-rendu de manipulation par binôme est demandé et doit être soit apporté à la séance suivante soit déposé en ligne sur l'ENT à la rubrique "Travaux". Attention à la rédaction (expliquez, comparez théorie/pratique...). Les comptes rendus donnent lieu à une note.

L’examen de partiel de TP est individuel, dure 1:30 et concerne les montages étudiés ici.

La qualité des préparations, des comptes rendus et le comportement en séance entraînent un bonus/malus de ±3 pts sur la note de TP de partiel.

Liste des matériels et composants nécessaires

1 Alimentation stabilisée, 1 Générateur Basse Fréquence (GBF), 1 Oscilloscope, 1 Multimètre, 1 Platine et une boîte contenant :

8 Résistances (Ohm) : 1×100Ω; 1×220Ω; 3×1kΩ; 2×10kΩ; 1×100kΩ.

1 potentiomètre : 1×10kΩ.

2 Condensateur (F) : 1×10nF, 1×1nF

1 Bobine CMS 10mH,

1 diode 1N4007,

1 AOP TL081.

Vous trouverez sur l’ENT (Claroline Connect → cours "IUT ST Etienne GEII: Systèmes Électroniques 1ère année " →"Ressources > Ressources SE1 > TP SE1"), le texte de ce TP et l'essentiel de la documentation et des manuels d'utilisations des appareils utilisés en labo.

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Année 2017-2018 -- TP SE1 – version sept 2017 page 3/18

TP n°1 Oscilloscope - lois de base de l’électricité

PRÉPARATION

(Recherche internet) Donnez les différences entre un oscilloscope numérique et un oscilloscope analogique ?

Donnez les définitions des termes suivants relatifs à l’oscilloscope : Trigger, Couplage Continu –CC– (ou Direct Coupling –CC–), couplage alternatif –CA– (ou Alternative Coupling –AC–), Acquisition mono-coup, câble coaxial.

Représenter graphiquement et soigneusement en graduant les axes, une tension sinusoïdale pure de 5V d’amplitude, de 1000Hz. À l’aide de la courbe, définir : période, valeur max (ou crête), valeur crête à crête, amplitude, fréquence, valeur efficace, valeur moyenne, offset, composante continue, rapport cyclique. (ne pas oublier les unités)

MANIPULATION

1 - Utilisation de l’oscilloscope –couplage – trigger - mesures

À l’aide du GBF (générateur basses fréquence), sur la sortie CH1, générer une tension sinusoïdale de fréquence 1kHz, de 2V crête à crête sur la voie 1 avec offset de 1V. N’oubliez pas d’activer la sortie CH1, le bouton ‘output’ correspondant doit être allumé.

1.a Visualisation signal sinus couplage CC

Visualisez cette tension sur la voie 1 de l’oscilloscope à l’aide d’un câble BNC (en mode CC). Relever le graphe, et le commenter.

1.b Visualisation signal sinus couplage CC et CA

À l’aide d’"T" BNC, câbler le signal également sur la voie 2 configurée en mode CA.

Sur un même graphe, relever les oscillogrammes de la voie 1 (en couplage continu –CC–) et de la voie 2 (en couplage alternatif –CA–)) Conclusion ?

1.c Visualisation signal carré couplage CC et CA

Faire de même avec un signal carré (même offset, fréquence 1000Hz puis 10Hz), quel autre changement remarquez-vous et pourquoi ?

1.d Réglage du "trigger"

Régler le même signal qu'au 1.b (sinus, 1kHz, 2Vcc, offset 1V, signal câblé à la fois sur voie 1 (CC) et voie 2 (CA).

Activer le menu ‘Trigger’ et tester les différentes sources de synchronisation (CH1, CH2, secteur, externe…), décrire ce qui se passe dans chaque cas.

Expliquer le rôle du niveau de trigger et la façon correcte de l’ajuster. Expliquer également le rôle du type de déclenchement.

1.e Mesures automatiques

Activer le menu ‘Mesure’ et faire la liste des mesures disponibles.

Régler le GBF: signal sinus de 100Hz, 4Vcc, offset 1V.

1- Mesurer: Valeur crête, valeur crête à crête, valeur efficace, valeur moyenne. Commenter.

2- Changer la forme du signal carré. Relever le temps de montée du signal pour différentes valeurs de bases de temps en abscisse (5ms/carr, 1ms/carr, 10µs/carr, 1µs/carr). Rappeler la définition du temps de montée (ou de descente).

3- Pourquoi la mesure varie avec la base de temps ? Expliquer comment réaliser une mesure correcte de temps de montée, faire cette mesure et vérifier à l’aide des curseurs.

- 4-


2 - Acquisition mono-coup

En mode mono-coup, l'oscilloscope fait une seule acquisition d'une durée égale à la largeur de l'écran puis il la fige. Cela permet de visualiser des évènements qui n'ont lieu qu'une fois ou rarement.

Nous allons mesurer le temps que met une alimentation stabilisée à fournir une tension continue lors de l’allumage.

- Réglez (en utilisant le multimètre), l’alimentation stabilisée (et non pas le GBF) à 3V,

- Connectez-la à la platine et éteignez-la.

- Relier ensuite l’oscilloscope à l’alimentation à l’aide d’un câble BNC sur la platine.

- Régler l’oscilloscope en acquisition mono-coup. Pour cela ajuster le calibre en tension en adéquation avec la tension à mesurer et positionner correctement le niveau de trigger. Régler d'abord la base de temps à 10ms/carr.

- La touche ‘Run’ permet de mettre l’oscilloscope en attente du signal à relever.

- Allumer l'alimentation, relever l’oscillogramme de la mise en route. Mesurer le temps de montée. Plusieurs essais sont peut-être nécessaires pour régler correctement la base de temps.

- Conclusion ?

3 - Quelques montages

3.a Montage 1

Réaliser le montage la figure 1 à l’aide de l’alimentation stabilisée en prenant R1=220Ω, R2= R3=1kΩ.

3.a.1 Calculs:

En utilisant la loi des mailles et la loi des nœuds, donner l’expression littérale en fonction de E, R1, R2, R3 (c.à.d sans remplacer par les valeurs numériques) de tous les courants et tensions associés aux résistances (I1, U1, I2, U2, I3, U3).

3.a.2 Mesures:

Mesurer toutes ces valeurs avec un multimètre. Reporter ces valeurs dans un tableau et comparer avec les valeurs théoriques. Conclusions ?

3.b Montage 2

Réaliser le montage de la figure 2 à l’aide du GBF pour générer ve (sinus, 100Hz, 5V crête à crête sans offset). La diode est dite ‘flottante’ (non reliée à la masse).

Écrire la loi des mailles et en déduire l’expression de la tension VD aux bornes de la diode.

Mesurer cette tension expérimentalement à l’aide du menu ‘Math’ de l’oscilloscope (ve sur la voie 1 et vS sur la voie 2). Relever toutes ces tensions sur un oscillogramme. Conclusions ?

Si le temps le permet, réaliser d’autres montages proposés par le chargé de TP.

R2 R3

E=5V

R1

Figure 1

Figure 2

GBF

D1

1N4007

R1

220WVe Vs

- 5-


TP n°2 Source de tension réelle – Modèle de Thévenin

PRÉPARATION

Rappeler les notions suivantes : source idéale de tension, source réelle de tension, résistance interne, modèle équivalent de Thévenin.

Rappeler le théorème de Thévenin, le théorème de superposition et l’équivalence Thévenin-Norton.

Quel est l’intérêt de ces théorèmes ?

Donner le modèle équivalent de Thévenin (ETH, RTH) de l’association en série de deux modèles équivalents de Thévenin (E1, E2, R1, R2 voir figure 1 ci-dessous).

Même question pour une association en parallèle (figure 2 page suivante)

MANIPULATION

1 - Mise en évidence de la résistance interne d’une source de tension réelle

À l’aide du GBF, générer une tension quasi-continue de 1V: offset de 1V et amplitude proche 0V (4mV,

amplitude minimale du GBF) ).

- Mesurer la tension U0 délivrée par le GBF directement avec un voltmètre (on dit qu’on est ‘à vide’). Cette valeur correspond-elle à la consigne ?

- Charger le GBF avec une résistance R1 de 100Ω (c'est à dire alimenter la résistance avec le GBF).

- En assimilant le GBF à une source idéale de tension, prévoir la valeur théorique de la tension UCH aux bornes de la résistance. Mesurer cette tension avec un voltmètre et donner la valeur expérimentale. Pourquoi cette différence ?

- Dessiner le montage ‘en charge’ (c'est à dire avec R1) en représentant le GBF par une source réelle de tension (son Modèle Equivalent de Thévenin (M.E.T.) constitué d’une source idéale de tension ETH en série avec une résistance de Thévenin RTH). On rappelle que ETH correspond à U0. Il reste donc à trouver la valeur de RTH de cette source (aussi appelée résistance interne).

- Pour cela, dessiner le montage de la mesure de U0 avec le M.E.T. En déduire la tension aux bornes de RTH lors de la mesure de UCH. En déduire la valeur de RTH. Cette résistance est-elle présente physiquement dans le GBF ? Peut-on la mesurer avec un Ohmmètre ? Que traduit-elle ?

La méthode que nous venons de voir [1- mesure de la tension à vide (U0) et 2- mesure en charge (UCH) avec une résistance connue (R1)] permet de déterminer complètement le modèle équivalent de Thévenin de n’importe quelle source réelle de tension.

- En théorie, il est possible de déterminer RTH de n’importe quelle source réelle avec uniquement un voltmètre et un ampèremètre, donner la démarche. Pourquoi cette méthode est absolument à proscrire ?

2 - Association de M.E.T. en série (cf figure 1)

On étudie l’association en série de deux M.E.T. (E1=3V, E2=2V, R1=100Ω, R2=220Ω). Réaliser le montage (figure 1) sur la platine. Pour cela, on assimile l’alimentation stabilisée à deux sources idéales de tension (attention à la configuration des boutons en face avant). Attention ne relier pas les bornes A et B ! Déterminer expérimentalement le modèle équivalent de Thévenin de cette association (ETH, RTH entre A et B) en utilisant la méthode vu précédemment et comparer vos mesures aux valeurs théoriques trouvées grâce à la préparation.

R1 R2

E1 E2

A B

Figure 1

- 6-


3 - Association de M.E.T. en parallèle (cf figure 2)

On étudie l’association en parallèle de deux M.E.T. (E1=3V, E2=2V, R1=100Ω, R2=220Ω). Faire le schéma du montage et le réaliser sur la platine.

Déterminer expérimentalement le modèle équivalent de Thévenin de cette association (ETH, RTH entre A et B) en utilisant la méthode vue précédemment et comparer vos mesures aux valeurs théoriques trouvées grâce à la préparation.

4 - Théorème de superposition de M.E.T. en parallèle

On garde le montage précédent qu’on charge cette fois avec une résistance RCH de 1kΩ (voir figure 3). En vous aidant du modèle équivalent de Thévenin déterminé précédemment, quelle valeur doit maintenant prendre UAB ? Mesurer UAB et comparer avec votre valeur théorique.

Mesurer à présent UAB dans le cas où vous éteignez uniquement E1 (elle est donc remplacée par un fil) puis dans le cas où vous éteignez uniquement E2. Comparez ces valeurs et expliquez leur relation à l’aide du théorème de superposition.

5 - Un dernier montage… (cf figure 4)

Réaliser le montage de la figure 4 et déterminer expérimentalement le M.E.T. entre A et B avec la méthode vue et utilisée en 1 -2 -3 -. Comparer avec les valeurs théoriques littérales obtenues avec l’étude du circuit (loi de mailles + loi des nœuds + loi d’Ohm).

R1

E1

A

R2

E2 B

Figure 2

R1

E1

A

E2

B

R2

RCH

Figure 3

A

B

E = 5V

R1R2

R3 R4

100W 1kW

1kW220W

Figure 4

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TP n°3 Quadripôles, le filtre RC et réponse fréquentielle (Bode)

PREPARATION

Rappeler les définitions suivantes : quadripôle, réponse fréquentielle, diagramme de Bode en gain et en phase, fréquence de coupure, décade et octave.

Avec une analyse qualitative (cf cours), déterminer les courbe en gain et en phase du filtre RC de la figure 1a.

Faire de même avec le filtre CR (figure 1b) et le filtre RL (figure 1c).

Pour les 3 montages déterminer la fonction de transfert à mettre sous forme standard de Bode (cf annexes). En déduire l’expression des fréquences de coupure.

MANIPULATION

Remarque: si, pour des raisons d'indisponibilité des composants ou d'indications du professeur, vous utilisez des valeurs différentes de celles indiquées dans le texte, notez soigneusement les valeurs que vous avez réellement et faîtes vos calculs et analyses avec ces valeurs et pas celles du texte!

1 - Filtre RC (figure 1a)

Réaliser le montage (R1=10kΩ, C1=10nF).

Régler le GBF en sinus, 2VPP, offset 0V (expliquer pourquoi cette forme de signal et l'offset)

Faire au moins 15 mesures avec différentes valeurs de fréquence choisies judicieusement. À chaque mesure remplir le tableau:

Fréquence Ve (pp) Vs (pp) Gain = 20.log(

V s

Ve ) en dB Phase en ° de Vs par rapport à Ve

Sur la même feuille semi-log, tracer le diagramme de gain et phase.

Faire apparaître la fréquence de coupure expérimentale (c'est à dire en la déterminant expérimentalement) et la comparer avec la valeur théorique trouvée lors de la préparation. Placer également les asymptotes convenablement. De quel type de filtre s’agit-il ?

2 - Filtre CR (figure 1b)

Réaliser ce montage (R1=10kΩ, C1=10nF), mêmes questions.

3 - Filtre RL (figure 1c)

Réaliser le montage de la figure 1c) avec (R1=1kΩ, L1~70mH) et faire de même.

Question subsidiaire:

Les câbles coaxiaux utilisés présentent, de par leur conception, une capacité parasite de 100pF/m. L’entrée d’un oscilloscope présente également une capacité parasite de quelques dizaines de pF. En quoi ces capacités peuvent-elles influencer les mesures de la réponse fréquentielle ? Faire un schéma tenant compte de ces capacités parasites sur la voie de l’oscilloscope mesurant la tension de sortie vs.

4 - Réseau correcteur « retard de phase » (figure 2)

Réaliser le montage de la figure 1a) en rajoutant une résistance R2 entre le condensateur et la masse avec (R1=10kΩ, R2=1kΩ et C1=10nF). Faire de même que précédemment.

Déterminer la fonction de transfert du montage sous la forme 𝐻 =1+𝑗

𝜔

𝜔1

1+𝑗𝜔

𝜔2

et en déduire les

asymptotes à placer sur les courbes. Quelle est la fonction de ce circuit ?

- 8-


ZC1= 1

jCω ZC1=

1jCω

ZL1= jLω

R1

R2

C1

10nF

Ve Vs Figure 2

R1

C1ve vsR1ve vs

C1R1

L1ve vs

a) b) c)

Figure 1

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TP n°4 Réponse fréquentielle et transitoire

PREPARATION

Quel type de signaux est utilisé pour déterminer la réponse fréquentielle d’un circuit et pourquoi ? Mêmes questions pour la détermination de la réponse transitoire.

Pour le filtre RC (figure 1a du TP précédent), rappeler l’expression de la fréquence de coupure et celle de la constante de temps du circuit.

MANIPULATION

1 - Circuit RC (figure 1a)

Réaliser ce montage avec C1=10nF et R1=10kΩ. Appliquer à l’entrée un signal carré de type TTL (0-5V)1 de fréquence f variable. Relever les oscillogrammes pour f= 100Hz, 1kHz et 10kHz.

Quel mode de couplage doit-on utiliser pour l’oscilloscope et pourquoi ?

Justifiez qualitativement les courbes obtenues en prenant soin de comparer la période du signal d’entrée avec la constante de temps du circuit. Précisez également le mode de fonctionnement du circuit (dérivateur, intégrateur…)

Mesurez également le temps de montée tm2, la fréquence de coupure fc

3 du circuit pour R1=1kΩ, 10kΩ et 100kΩ. Pour chaque cas calculer le produit tm*fc. Conclusions.

2 - Circuit CR (figure 1b)

Réaliser ce montage avec C1=10nF et R1=10kΩ. Appliquer à l’entrée un signal carré 4V crête à crête de fréquence f variable. Relever les oscillogrammes pour f= 100Hz, 1kHz et 10kHz.

Justifiez les courbes obtenues en prenant soin de comparer la période du signal d’entrée avec la constante de temps du circuit. Précisez le mode de fonctionnement du circuit pour chaque fréquence étudiée.

3 - Circuit LR (figure 1c)

Réaliser ce montage avec L1ó10mH et R1=1kΩ. Appliquer à l’entrée un signal carré 4V crête à crête de fréquence f variable. Relever les oscillogrammes pour f= 1kHz, 10kHz et 50kHz.

Justifiez qualitativement les courbes obtenues en prenant soin de comparer la période du signal d’entrée avec la constante de temps du circuit. Précisez le mode de fonctionnement du circuit pour chaque fréquence étudiée.

Si le temps le permet faire la même étude avec le dernier circuit du TP précédent

1 Si le GBF ne dispose pas d'une sortie TTL, vous utilisez la sortie normale en signal carré, HiLev = 5V, LoLev=0V (ou

Ampl = 5V, Offset = 2.5V)

2 Faire une mesure correcte du temps de montée, càd avec un signal d’entrée carré de période suffisamment longue permettant de bien visualiser, mesurer tm.

3 Bien repasser en mode sinus pour la mesure de fc et se souvenir qu’à la fréquence de coupure, G(dB)=GMAX-3dB

R1

C1ve vsR1ve vs

C1

R1

L1

ve vs

a) b) c)

Figure 1

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TP n°5 Amplificateur opérationnel

PREPARATION

Rappeler les hypothèses conduisant à considérer un AOP comme étant parfait.

Pour les figures 2 et 3, démontrer la relation entre Ve et Vs en considérant l’AOP comme parfait. (dans ce fascicule, les potentiels Ve, Vs… sont pris par rapport à la masse)

Pour la figure 2 donner un couple de valeurs pour R1 et R2 générant une amplification de 100 en tension entre Ve et Vs (amplification en valeur absolue).

On court-circuite R2 de la figure 3 et R1 est retirée (circuit ouvert), donner la nouvelle relation entre Vs et Ve. Quel est l’intérêt de ce nouveau montage ?

Pour la figure 3, démontrer la relation en tension liant Ve, Vp et Vs en considérant l’AOP comme parfait.

MANIPULATION

1 - Utilisation de l'alimentation double.

Les amplificateurs opérationnels sont souvent alimentés en alimentation "symétrique", c’est-à-dire symétriques par rapport à la masse, +VCC et –VCC.

Pour cela, il faut utiliser les alimentations de laboratoire en mode série (voir TP1 RAN).

Dans les schémas structurels, on représente rarement les alimentations des AOP (voir Figure 3), mais il ne faut jamais perdre de vue qu'il faut les alimenter‼

2 - MONTAGE INVERSEUR (figure 2)

2.a Mesures de l'amplification

Pour les trois couples de valeurs de résistances suivantes (au choix entre 1kΩ et 100kΩ), relever les oscillogrammes vérifiant la relation en Ve et Vs:

R1= 10kΩ, R2= 10kΩ;

R1= 10kΩ, R2= 100kΩ;

R1= 10kΩ, R2= 1kΩ

2.b Altération des résultats théoriques

Quelle(s) caractéristique(s) de l’AOP et du circuit qui l’entoure peuvent altérer cette relation ? Relever au moins 2 oscillogrammes illustrant ces limitations.

ve3

26

7 1TL081

R1

R2

-VCC

+VCC

5

4

vS

Figure 2

TL081

+VCC

-VCC

3

26

7 1 5

4V1V2 +VCC-VCC

-15.0 +15.0indep

series

parallel

Figure 1

- 11-


3 - MONTAGE NON INVERSEUR (figure 3)

3.a Mesures de l'amplification

Pour les trois couples de valeurs de résistances suivantes (au choix entre et 100kΩ), relever les oscillogrammes vérifiant la relation en Ve et Vs:

R1= débranché (+õ), R2= 1kΩ;

R1= 10kΩ, R2= 10kΩ;

R1= 10kΩ, R2= 100kΩ

3.b Courant dans R2.

Prendre Ve constante à 1V et R1 = 10kΩ.

mesurer Vs et le courant I dans R2 pour différentes valeurs de R2.

o R2= 220Ω;

o R2= 1kΩ;

o R2= 10kΩ;

o R2= 100kΩ

Tracer I en fonction de R2 et Vs en fonction de R2.

À quoi peut être assimilé ce montage ? Limitations ?

4 - MONTAGE SOMMATEUR (figure 4, R1=R2=1kΩ, R3=1kΩ, RP=10kΩ)

4.a Montage 1:

Réaliser le montage de la figure 4.

Quelles valeurs peut prendre Vp ?

En ve, appliquer une tension sinusoïdale de 5Vpp, 1kHz, offset 0V.

Câbler un voltmètre pour mesurer VP.

Visualisez vS et ve pour différentes valeurs de VP.

Que permet de faire le potentiomètre ? Quelle influence cela a-t-il sur la tension de sortie ?

En déduire la fonction de ce montage sur un signal d’entrée Ve.

4.b Montage 2:

Décâbler le potentiomètre, on applique en vP la sortie CH2 du GBF (et bien sûr en ve la sortie CH1!).

Appliquer les signaux suivants:

CH1: signal triangulaire 10VPP, 1kHz, offset 0V

CH2: signal carré 5VPP, 2kHz, offset 2.5V

Visualiser vS , analyser le résultat.

Remarque: il est possible que l'ampèremètre introduise un bruit important dans la visualisation de vS, mais la mesure du courant reste correcte, ainsi que de la valeur moyenne de vS.

ve vS

Figure 3

3

26

TL081

R2

R1

ve 3

26

TL081

R2

vS

Figure 4

R1

R3

RP+15V -15V

P

vP

- 12-


TP n°6 Comportement en fréquence

PREPARATION

Définir les notions de fréquences de coupure et de bande passante.

Définir le produit amplification-bande d’un amplificateur (Unity Gain Bandwidth) et extraire sa valeur de la documentation du TL081 en annexe.

Pour un montage inverseur réalisant une amplification en tension de 100 avec un TL081, quelle est sa bande passante ? Tracer le diagramme de Bode en gain (dB) ?

Pour les montages des figures 2 et 3, démontrer la fonction de transfert entre Ve et Vs en utilisant les impédances complexes et tracer les diagrammes de Bode en gain à partir des fonctions de transfert en précisant les fréquences de coupure. Quel sera l’influence du produit amplification-bande sur ces diagrammes ?

MANIPULATION

1 - MONTAGE INVERSEUR – produit amplification x bande

Pour les trois couples de valeurs de résistances suivantes et ve sinusoïdal et 1VPP:

R1= 10kΩ, R2= 10kΩ;

R1= 10kΩ, R2= 100kΩ.

R1= 1kΩ, R2= 20kΩ (2 résistances de 10kΩ en série);

Mesurer l’amplification et la bande passante. Présenter les résultats dans un tableau en précisant le produit amplification × bande. Comparer le résultat à la fiche constructeur.

2 - MONTAGE PASSE-HAUT (figure 2)

R1=10kΩ, R2=100kΩ, C1=10nF

Pour f allant de 10Hz à 3MHz, tracer la courbe expérimentale de Bode du gain en dB

Faire le lien avec la préparation.

Mettre en valeurs les deux fréquences de coupure et expliquer l'existence de la plus grande.

Appliquer en ve un signal carré de 1VPP et f= 500Hz. Relever les oscillogrammes.

Appliquer en ve un signal triangle de 10VPP et f= 100Hz. Relever les oscillogrammes.

Des deux mesures précédentes, en déduire quelle est l'action principale assurée par le montage (intégration ou dérivation?)

ve3

26

TL081

R1

vS

Figure 1

R2

ve3

26

TL081 vS

Figure 2

R2

R1C1

- 13-


3 - MONTAGE PASSE-BAS (figure 3)

R1=10kΩ, R2=100kΩ, C2=1nF

Pour f allant de 10Hz à 3MHz, tracer la courbe expérimentale de Bode du gain en dB

Faire le lien avec la préparation.

Appliquer en ve un signal carré de 1VPP et f= 5000Hz. Relever les oscillogrammes.

Déconnecter R2, Relever les oscillogrammes.

Des deux mesures précédentes, en déduire quelle est l'action principale assurée par le montage (intégration ou dérivation?)

4 - PASSE-BANDE (R1=10kΩ, R2=100kΩ, C1=1nF, C2=10nF)

A partir d’une analyse qualitative, justifier la fonction du montage de la figure ci-contre.

Pour f allant de 10Hz à 3MHz, tracer la courbe expérimentale de Bode du gain en dB.

Mesurer le gain dans la bande passante et identifier les fréquences de coupure du montage.

En déduire la BP. Conclusion ?

Mesurer la valeur du déphasage entre la sortie et l’entrée pour les fréquences de coupure. Conclusion ?

ve3

26

TL081 vS

Figure 3

R2

R1

C2

ve3

26

TL081 vS

Figure 4

R2

R1

C2

C1

- 14-


ANNEXE TECHNIQUE (extraits de la datasheet du TL081):

Connections du TL081 (alimenté en +15V et -15V sur les entrées Vcc+ et Vcc-):

Les entrées Offset ne sont pas utilisées dans cette série de TP

- 15-


- 16-


ANNEXE : Rappels de cours

DIAGRAMMES ASYMPTOTIQUES DE BODE DES PRINCIPALES FONCTIONS DE TRANSFERT

T = 1+ j

ω

ω0 T =

1

1+ j ω

ω0

T = j

ω

ω0 T =

1

j ω

ω0

= - j

ω0

ω

20log T

(dB)

0w0

log(w

)

j (°)

0w0

log(w

)

+90

-90

20log T

(dB)

0w0 log(w)

j (°)

0w0

log(w)

+90

-90

20log T

(dB)

0w0 log(w)

j (°)

0w0 log(w)

+90

-90

20log T

(dB)

0w0 log(w)

j (°)

0w0 log(w)

+90

-90

T = 1- j

ω

ω0 T =

1

1- j ω

ω0

T =

j

ω

ω0

1+ j ω

ω0

T =

2

0

1

1

j

20log T

(dB)

0w0

log(w

)

j (°)

0w0

log(w

)

+90

-90

20log T

(dB)

0w0 log(w)

j (°)

0w0

log(w)

+90

-90

20log T

(dB)

0w0 log(w)

j (°)

0w0

log(w)

+90

-90

20log T

(dB)

0w0 log(w)

j (°)

0w0

log(w)

+90

-90

-40dB/

dec

-180

- 17-


Annexe: Méthode pour le tracé expérimental des diagrammes de Bode en gain (dB) et en phase:

Alimenter le quadripôle par une tension sinusoïdale d’amplitude fixe arbitraire (généralement autour d’1 Volt) et de fréquence variable (sur une plage allant généralement de 100Hz à quelques dizaines ou centaines de kHz) et relever à l’oscilloscope les tensions d’entrée et de sortie (amplitude et déphasage par rapport à l’entrée) pour plusieurs valeurs de fréquence.

Le rapport de l’amplitude de la tension de sortie Vs sur celle de la tension d’entrée Ve permet de connaître

l’amplification A et d’en déduire le gain G(dB) en dB avec : G(dB)=20log

V s

Ve

Le déphasage se mesure directement à partir de l’oscilloscope (menu ‘mesures’) en prenant soin de mettre l’entrée en référence de phase. Il ne reste plus qu’à tracer les courbes sur papier semi logarithmique.

Le déphasage peut aussi se mesurer "manuellement":

La période T représente 360°

Le retard ou l'avance (Tϕ) représente l'angle ϕ.

Donc φ =𝑇𝜑

𝑇× 360°

Dans l'exemple ci-contre, Tϕ = 64µs et T = 510µs, donc ϕ ≈ 45°.

v1 est en retard de 45° par rapport à v2 ou v2 est en avance de 45° par rapport à v1

Attention à faire figurer correctement les asymptotes (pente, position…), la ou les fréquences caractéristiques etc…

v1 v2

- 18-


Utilisation d'Excel pour tracer les diagrammes de Bode:

Créer un tableau avec 5 colonnes:

A B C D E

1 Fréquence Vs (cc) Ve (cc) gain phase

2 =20*log(B2/C2)

Dans la colonne "gain", insérer une formule de calcul en dB puis l'étirer sur au moins 20 ou 30 lignes.

Avant de commencer à relever les mesures, chercher les points intéressants du filtre:

Gain dans la bande passante, fréquences de coupures.

Il faut prendre plus de points autour des fréquences de coupure. Et deux ou trois points seulement sur les asymptotes!

Dans cet exemple, 17 points suffisent à définir correctement la courbe de gain.

Une fois que vous avez entré toutes les mesures sous Excel, Sélectionnez les colonnes Fréquence, Gain et phase. Puis faire insérer "Graphiques" → "Nuage de points, courbes lissées"

Une fois le graphique créé, sélectionner l'axe horizontal, click droit: "Mise en forme de l'axe" → cocher "Echelle logarithmique".

Pour avoir deux échelles (dB et degrés) sélectionner la courbe de phase, click droit "Mise en forme une série de données" Options des séries, cocher la case "Axe secondaire".

-100,00

-50,00

0,00

50,00

100,00

0,00 5000000,00 10000000,0015000000,00

-100

-50

0

50

100

-30,00

-20,00

-10,00

0,00

10,00

20,00

30,00

1,00 100,00 10000,001000000,00

-100,00

-50,00

0,00

50,00

100,00

1,00 100,00 10000,001000000,00

SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES semestre 1

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