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TP n°4 – Montage à ALI : amplificateur non-inverseur

1 séance de 2h Extraits du programme de TP et de cours :

Objectifs détaillés de la séance :

Tracer la relation entrée-sortie de l’AO seul : distinguer 3 zones de fonctionnement

Identifier les limitations de l’AO : saturation en tension, en courant, slew-rate, bande passante

Observer l’instabilité du montage lorsque l’on inverse les bornes + et – de l’AO

Lors du TP2 modulation-démodulation-multiplexage, l’émission de signaux sonores audibles par un haut-parleur

a nécessité auparavant d’amplifier le signal à émettre (utilisation sortie audio smarthphone) Dans ce TP, nous

allons étudier spécifiquement un amplificateur à AO : le montage non-inverseur. Il sera utilisé pour amplifier le

signal sortant d’un smartphone (musique, conversation téléphonique) et ainsi rendre son émission audible depuis

un haut-parleur.

Les compétences visées par ce TP seront surtout : la réalisation et la validation.

La « datasheet » des AO TL081 éditée par ST-Microelectronics est jointe en annexe. Si les AO utilisés en TP sont

d’un autre type (TL071 par exemple), vous irez chercher sur internet la datasheet correspondante (choisissez

plutôt ST-micro si la marque des AO n’est pas inscrite dessus).

Dans les montages à AO, on n’oubliera jamais :

o d’alimenter l’AO avec une alimentation stabilisée +15/-15 avant de réaliser le reste du montage

o de relier la masse du circuit à la borne « 0 » de l’alimentation stabilisée

Si vous ne vous trompez pas dans le branchements des fils de l’alimentation +15/-15V, vous ne pouvez pas griller

l’AO : il est donc inutile de m’appeler pour valider le montage avant sa mise en route

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1. Régimes de fonctionnement de l’AO

1.1) Régler le GBF pour qu’il délivre un signal sinusoïdal de fréquence et d’amplitude . Le brancher sur

l’entrée différentielle de l’AO, et visualiser et à l’oscilloscope. Observer en mode XY. En

conservant les branchements à l’oscilloscope, procéder simultanément à une acquisition sur LatisPro et imprimer

les deux courbes et superposées, puis la courbe à part.

1.2) Conclure en distinguant 3 zones sur la caractéristique , et en repérant les deux régimes de

fonctionnement de l’AO. L’acquisition est-elle suffisamment précise pour permettre de mesurer les valeurs de

auxquelles s’effectuent les deux transitions d’un régime à l’autre ? (essayer de zoomer, sur LatisPro ou sur

l’oscilloscope).

2. Mesure du gain du montage

Dans cette partie, on souhaite mesurer le gain du montage avec sa sortie en circuit ouvert (pas de circuit en aval).

2.1) Faire un schéma du montage. Repérer l’entrée et la sortie du montage. En supposant l’AO idéal en régime

linéaire, déterminer par le calcul le lien entre la sortie et l’entrée.

2.2) Réaliser le montage, en fixant le gain attendu à , en utilisant des résistances supérieures à .

Alimenter le montage avec un GBF délivrant une tension sinusoïdale d’amplitude . Observer à l’oscilloscope

l’entrée et la sortie du montage. Effectuer un balayage rapide en fréquence ( jusqu’à ) et visualiser

l’évolution qualitative du gain. Que pouvez-vous conclure de cette observation ?

2.3) Tracer le diagramme de Bode (en gain uniquement) du montage. Ne pas prendre trop de points (moins de

10). On utilisera Excel pour ce tracé : tableau des valeurs d’amplitude et en fonction de la fréquence ; calcul

par Excel de la valeur du gain en décibels ; échelle logarithmique pour l’axe des abscisses à régler dans les

options de tracé. Imprimer le tableau des valeurs ainsi que la courbe obtenue.

2.4) Déterminer précisément la fréquence de coupure du montage. L’allure du diagramme de Bode est-elle

compatible avec la modélisation Passe-Bas du 1er ordre supposée en cours ? Le produit « gain-bande passante »

mesuré est-il conforme à la valeur annoncée par le constructeur ?

2.5) Tracer un nouveau diagramme de Bode en gain, en fixant le gain statique à , en ayant diminué au

préalable l’amplitude du GBF à . Le produit gain-BandePassante est-il conservé ?

3. Mise en évidence des limitations de l’ALI

3.1) Revenir au montage de gain statique égal à . Augmenter progressivement la tension délivrée par le GBF

depuis , en travaillant à . Rapporter les observations et vérifier qu’elles sont compatibles avec ce qui a

été annoncé en cours.

3.2) Fixer à nouveau la tension du GBF à . Brancher une résistance réglable à la sortie du montage. En

diminuant sa valeur progressivement depuis , noter le seuil à partir duquel la saturation en courant apparaît.

Quel critère permet de rejeter l’hypothèse d’une saturation en tension ? En déduire la valeur du courant de

saturation. Est-il conforme à la valeur annoncée par le constructeur ?

3.3) Régler le GBF pour qu’il délivre un créneau centré sur zéro et d’amplitude . Augmenter sa fréquence

progressivement depuis , et noter les observations. A partir de quel ordre de grandeur en fréquence voit-on

apparaître une triangularisation du signal ? La vitesse maximale de balayage mesurée est-elle compatible avec la

valeur annoncée par le constructeur ?

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4. Amplification du signal délivré par un smartphone

4.1) Mesurer l’amplitude de la tension délivrée par un smarthpone (on utilisera la sortie casque + un adaptateur

permettant de brancher la sortie casque au circuit de TP). Mesurer aussi la résistance interne du haut-parleur.

4.2) Quelle valeur du gain peut-on choisir pour l’amplificateur non-inverseur à interposer entre le smartphone et

le haut-parleur, sachant que l’on veut éviter toute saturation tout en maximisant le volume sonore délivré par le

haut-parleur ?

5. Comparateur à hystérésis

Inverser les bornes + et – du montage non-inverseur, et alimenter le montage par un signal triangulaire

d’amplitude suffisante. Faire une acquisition de l’entrée et de la sortie du montage. Mesurer les seuils de

basculement du comparateur ainsi réalisé.

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Date : Grille d’observation TP4

Noms binôme :

Comp. Questions/observables ABCD Remarques/conseils

REA

1.1) Régler le GBF + réaliser les branchements avec soin + réaliser l’acquisition avec les bons paramètres

VAL

1.2) Conclure sur les régimes de

fonctionnement de l’AO seul + remarque sur valeurs seuils de l’entrée différentielle

REA

2.2) Réaliser le montage + choix valeurs résistances + estimer la nature du montage rapidement par balayage en fréquence

REA

2.3) Tracé diagrammes de Bode : méthodologie (peu de points, bien situés, asymptotes sur courbes imprimées)

AUT + REA

2.4) Déterminer fréquence de coupure : méthode + valeur numérique

VAL 2.4) Identification nature montage

+ comparer gain*BP aux valeurs constructeur

AUT + REA + VAL

2.5) Méthode +réalisation +

réponse conservation gain*BP

REA + VAL

3.1) Saturation en tension

REA + VAL

3.2) Saturation en courant +

comparaison constructeur

REA + VAL

3.3) Slew-rate + comparaison constructeur

COM Explications claires et détaillées manip + réglages

COM Présentation des mesures et courbes appuyant les affirmations

COM Utiliser un vocabulaire scientifique adapté

AUT

- Maîtrise de l’oscilloscope

- Maîtrise du GBF

- Maîtrise de l’acquisition

- Recherche défauts éventuels

- Organisation générale paillasse

(couleurs des fils, nœuds…)

- Protocole prise de points pour tracer

une courbe

- Utilisation Excel

AUT

Ne faire appel au professeur qu’après

avoir défini précisément le problème

et avoir envisagé des solutions par

soi-même