ÉTUDE DES CARACTÉRISTIQUES ET DES LIMITATIONS D'UN AOP

by Prof. Didier Geoffroy
University Bordeaux 1, France
copyright, dernière modification: 04 Mars 2004

CONTENU

 RÉSUMÉ

Nous nous proposons dans ce TP de mettre en évidence les dispositions à prendre pour faire fonctionner un Aop en régime linéaire.
Ces dispositions prennent en compte la nature de la réaction et les limitations du composant liées à sa fabrication.

 

 OBJECTIFS DU TP

 LISTE DU MATÉRIEL

 MANIPULATION

PRÉLIMINAIRE

Pour une description détaillée de l'ensemble des appareils de mesure et du dispositif expérimental, reportez-vous au TP " Initiation au Centre de Ressources Virtuel ". En cliquant sur les liens respectifs, vous trouverez également des informations concernant les set-ups de mesure pour le domaine temporel et pour le domaine fréquentiel.

Dans toutes les manipulations l'Aop sera alimenté par deux sources de tension continues -Vcc et +Vcc. Le point milieu, M, de cette alimentation représente la référence des potentiels et est appelé " Masse ".
Cette polarisation, indispensable au fonctionnement de l'Aop, ne sera plus représentée dans les schémas mais elle est toujours présente.

 
Schéma de polarisation


UTILISATION EN BOUCLE OUVERTE

Ce montage est dit en boucle ouverte (B.O) car il n'y a pas de lien entre la sortie et les entrées.
Montage en boucle ouverte

1) Envoyer un signal sinusoïdal vin(t) = A sin(2 π f t) d'amplitude A = 1 V et de fréquence f = 1 kHz. L'AOP doit être alimenté entre -15 V et +15 V.

scope Pour faire une mesure cliquer ici.

2) Le signal de sortie vout(t) correspond-il à la réponse d'un circuit linéaire ? Pourquoi ?

3) Mesurez la valeur maximale de vout et comparez la à Vcc. On appelle Vsat cette valeur de vout.

4) L'Aop est il en régime linéaire ou non-linéaire ?

Ecrire les réponses ici.


RÉACTION POSITIVE

Dans ce montage la sortie est reliée à l'entrée non inverseuse grâce à R2. On parle de réaction positive.
Réaction positive

 

1) Envoyer un signal sinusoïdal vin(t) = A sin(2 π f t) d'amplitude A = 2 V et de fréquence f = 1 kHz.

scope Pour faire une mesure cliquer ici.

2) Le signal de sortie vout(t) correspond-il à la réponse d'un circuit linéaire ? Pourquoi ?

3) Mesurez la valeur maximale de vout et comparez la à Vcc. On appelle Vsat cette valeur de Vout.

4) L'Aop est il en régime linéaire ou non-linéaire ?

5) Refaire une mesure pour une amplitude du signal d'entrée de 0,8 V.

6) Que constatez-vous en sortie ?

Ecrire les réponses ici.


RÉACTION NEGATIVE

Dans ce montage la sortie est reliée à l'entrée inverseuse grâce à R2. On parle de réaction négative.
Réaction négative

 

1) Calculer l'expression littérale du gain de ce montage en fonction de R1 et R2. Donner sa valeur numérique.

2) Quelle serait l'amplitude du signal vout(t) si l'amplitude du signal d'entrée était de 100 mV ?

3) Envoyer un signal sinusoïdal vin(t) = A sin(2 π f t) d'amplitude A = 0,1 V et de fréquence f = 1 kHz.

scope Pour faire une mesure cliquer ici.

4) Le signal de sortie vout(t) correspond-il à la réponse d'un circuit linéaire ? Pourquoi ?

5) Comparez la valeur mesurée de l'amplitude de vout avec celle calculée.

6) Justifier l'appellation amplificateur non inverseur pour ce montage.

Ecrire les réponses ici.


INFLUENCE DE LA BANDE PASSANTE

Le montage est le même que précédemment aux valeurs près des résistances.
Influence de la bande passante

 

En refaisant les mêmes calculs que précédemment et en considérant l'Aop comme parfait, on aboutirait à un gain de 48 pour ce montage quel que soit le domaine de fréquence. Nous allons vérifier qu'il n'en est rien.
Nous allons faire une analyse fréquentielle du montage.

1) Régler l'amplitude du signal d'entrée à 20 mV et faire un balayage de la fréquence entre 20 Hz et 100 kHz.

2) hp4194a Pour faire une mesure cliquer ici.

3) Mesurer la fréquence de coupure à -3dB.

4) Dans quel domaine de fréquence l'Aop, dans ce montage, peut-il être considéré comme parfait ?.

Ecrire les réponses ici.


INFLUENCE DE L'AMPLITUDE DU SIGNAL D'ENTRÉE

En valeur absolue l'amplitude du signal de sortie ne peut dépasser la tension Vcc.
Nous allons le vérifier sur le montage suivant.
Influence de l'amplitude du signal d'entrée

1) Régler la fréquence du signal d'entrée vin(t) = A sin(2 π f t) à 1 kHz. Pour une amplitude A = 50 mV visualiser la sortie vout(t) et mesurer son amplitude.

scope Pour faire une mesure cliquer ici.

2) Refaire ces mesures pour des amplitudes égales à : 100 mV, 200 mV, 300 mV et 1 V

3) Déterminer à partir de quelle amplitude A le phénomène de saturation apparaît en sortie.

4) Quelle conclusion en tirez-vous pour des montages à gain très élevé ?

Ecrire les réponses ici.


INFLUENCE DU COURANT DÉBITÉ DANS UNE CHARGE

Dans cette manipulation l'Aop débite du courant dans une résistance Rc. Nous nous proposons de faire varier la charge Rc pour augmenter is et déterminer les limites de l'Aop en terme de courant débité.
Influence du courant débité dans une charge

 

Le signal d'entrée est sinusoïdal vin(t) = A sin(2 π f t) avec une amplitude A = 200 mV et une fréquence f = 1 kHz.

1) Montrer que le courant is vérifie :

Tant que le courant débité is n'atteint pas une limite Is lim, l'Aop fonctionne en régime linéaire et vout = G vin (avec G = 48), par conséquent is est sinusoïdal.

2) Montrer que son amplitude Is a pour expression :

Dès que Is = Is lim, l'Aop ne fonctionne plus en régime linéaire ce qui implique que :

Le constructeur fournit la caractéristique (Vout ; Is) qui présente schématiquement deux parties distinctes :
Limitation en courant de sortie

3) Quel est le comportement de la sortie de l'Aop dans la partie horizontale ?

4) Même question dans la partie verticale.

5) D'après cette caractéristique, quel est l'ordre de grandeur du courant limite Is lim c'est à dire à partir duquel la sortie ne peut plus être considérée comme une source de tension ?

6) Toujours d'après cette caractéristique quelle est la valeur maximale du courant que peut débiter l'Aop ?

Ecrire les réponses ici.

D'autre part la relation entre Vout et Is du fait des résistances R1, R2 et Rc s'écrit :

Le point de fonctionnement de la sortie, c'est à dire les valeurs de Is et Vout est donc obtenu par l'intersection de ces deux caractéristiques.

7) Qualitativement que se passe-t-il si Rc << R1+R2 ?

Ecrire la réponse ici.

Le tableau suivant indique les résultats théoriques obtenus en faisant l'intersection des deux caractéristiques pour 4 valeurs de Rc.

Rc 4,7 kOhm 1 kOhm 0,47 kOhm 0,10 kOhm
Allure de vout(t) Sinusoïdale Sinusoïdale Non sinusoïdale Non sinusoïdale
Vout 9,6 V 9,6 V 9,2 V 2,5 V
Is 2,24 mA 9,8 mA 24 mA 26 mA
Etat Aop Non saturé Non saturé Saturé Saturé

8) Pour une résistance Rc = 4,7 kOhm vérifier expérimentalement l'allure de vout(t), l'état de l'Aop et mesurer la valeur maximale de vout(t).

scope Pour faire une mesure cliquer ici.

9) Refaire les mêmes mesures pour Rc = 1 kOhm

scope Pour faire une mesure cliquer ici.

10) Refaire les mêmes mesures pour Rc = 0,47 kOhm

scope Pour faire une mesure cliquer ici.

11) Refaire les mêmes mesures pour Rc = 0,1 kOhm

scope Pour faire une mesure cliquer ici.


 DISCUSSION