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Bac STI2D

Amplificateur opérationnel

Noms :  
Centre d'intérêt : CI 6 Traitement analogique de l’information
Classe : Terminale Sti2d Sin
Id programme : sin31, sin37  
Conditions : Seul , durée 3 heures.
Matériel : - PC
Logiciel : - Proteus
- Utiliser le navigateur chrome
Document : - Langage arduino

I. Objectifs

Etude de l’amplificateur opérationnel ou amplificateur intégré linéaire (AO, AOP ou AIL).
Détermination des différents modes de fonctionnement de l’AO.

 II. Généralités sur l'amplificateur opérationnel (A.O)

L’amplificateur opérationnel est énormément utilisée dans les montage d’électronique. En effet, il permet :

 d’amplifier une tension de quelques V en V ( chaine hifi, télévision…) ;
 de soustraire, additionner, dérivée, intégrer (opérations mathématiques, ….) ;
 de comparer des tensions (régulateur de température dans un four,…. ). 

Il est représenté de la manière suivante :

Schéma de l'AO 
On constate que l’AO comporte 5 bornes :
     2 bornes d’alimentations +Vcc et –Vcc. En générale, on ne les représente pas sur un schéma pour éviter de le surcharger.
     2 bornes d’entrées :
               E+ (ou V+) est appelée l’entrée non inverseuse ;
               E- (ou V-) est appelée l’entrée inverseuse ;
    1 bornes de sortie : S.

La tension mesurée entre les 2 bornes d’entrées est Vd (ou )

Vd s’appelle la tension différentielle d'entrée.

On a Vd= 

et les courants d’entrées i+ et i- qui sont nuls pour un amplificateur considéré comme parfait.

 

L’amplificateur opérationnel (AO) se présente sous la forme d’un circuit intégré, une 'puce', à huit bornes que nous étudierons a l’aide de la maquette suivante :

 

Les bornes +15V, -15V, 0V sont les bornes d’alimentations de l’amplificateur opérationnel.

  • +Vcc est reliée au +15V ;

  • -Vcc est reliée au -15V ;

  • 0V est reliée au 0V. Toutes les tensions sont prises par rapport à ce 0V que l’on appelle la masse du montage.

 

Attention : L'AO doit toujours être alimenté par ces bornes, même lorsque ce n'est pas rappelé sur le schéma du montage.

 

III. Etude de l’A.O. en boucle ouverte

 

 3.1. Montage

L'AO fonctionne en boucle ouverte car 

Déterminer la relation entre Vd, v1 et v2.

 

 3.2. Manipulation

v1 est fixée à 2V et v2 varie de -5V à +5V.

Pour chaque valeur de v2, mesurez Vs et Vd et mettez les résultats dans le tableau ci-dessous.

 

v1 (V)

2

2

2

2

2

2

2

v2 (V)

-5

-2

1

1,5

2,5

3

5

Vd (V)

 

  

  

  

  

  

  

Vs (V)

  

  

  

  

  

  

  

Signe de Vd

  

  

  

  

  

  

  

Valeur de Vs

  

  

  

  

  

  

  

 

On appelle +Vsat et –Vsat les tensions de saturation de l’AO.

3.3 Tensions variables

Maintenant la tension v1 est fixée à 2V et v2 est une tension sinusoïdale d'amplitude 5V et de fréquence 100Hz.

 

 Déduire des courbes ci-dessus, le signe de Vd (>0 ou <0) et la valeur de Vs (+Vsat et -Vsat):

Lorsque V1>V2, alors Vd et Vs=;

Lorsque V1<V2, alors Vd et Vs=.

3.4. Conclusion

 

L’AO en boucle ouverte fonctionne en . Vs ne peut prendre que  valeurs qui sont  et . La tension de sortie  dépend du signe de la tension différentielle d’entrée . En effet, si on a :

- Vd<0 alors ;

- Vd>0 alors .

De plus, les courants d’entrées sont nuls :

 

III. Réaction sur l’entrée négative

 

3.1.Montage

 Amplificateur inverseur

Amplificateur inverseur

 

 

 

R1=1k, R2=10k.

La sortie de l'AO est  sur l'entrée inverseuse (E-) à travers la  .

 3.2. Manipulation

 

ve est une tension continu variant de –1V à +1V.

Pour chaque valeur de ve, mesurez Vs et Vd et mettez les résultats dans le tableau ci-dessous.

 

 

ve (V)

-1

-0,5

0

0,5

1

Vd (V)

 

  

  

  

  

Vs (V)

  

  

  

  

  

 

Déterminez la relation entre Vs et Ve :

On dit que l’AO fonctionne en . En effet, Vs est  à Ve. 

Maintenant, mesurez Vs pour :

Ve= 2V alors Vs =

Ve= 3V alors Vs =.

Pourquoi la valeur de Vs ne change pas ?

3.3. Conclusion 

Lorsque l’AO est bouclé sur l’entrée négative, il fonctionne en . En effet, Vs est  à la tension d’entrée Ve.

Pour ce fonctionnement, on a Vd= si <Vs<

et les courants d’entrées sont nuls : .

 

 IV. Conclusion générale

 

Fonctionnement linéaire :

.

Hypothèse : ;

                      .

 

Fonctionnement non linéaire :

On a .

Donc : .;

        ;

        .