cours aop2
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¥eADAPTER ET CONDITIONNER LE SIGNAL Les Amplificateurs Opérationnels (AOP) ou Ampli linéaires intégrés (ALI) I) Introduction : La chaîne d’acquisition dans un système doit réaliser plusieurs opérations distinctes en vue de prélever une information physique de l’environnement ou du système et la convertir en une information exploitable par l’unité de traitement …... Présentation fonctionnelle de la chaîne d'information Signal TOR ou analogique Signal électrique TOR ou adapté et mis en forme analogique Information Transformer une information physique Ordres de commande Adapter l’information Traiter physique en une un l’information information électrique Montages à AOP API – circuit électronique Capteurs II) Présentation des AOP Il s’agit d’un composant électronique sous la forme d'un circuit intégré constitué essentiellement de transistors utilisé en amplificateur de tension. AOP Gain : K Ve tension Vs d’entrée Tension de sortie Ces deux tensions sont liées par la relation Vs=k.Ve. Les applications sont : - amplifier un signal - créer un signal (rectangulaire, triangulaire, sinus, oscillateur..…) - filtrer un signal - corriger les asservissements. En ajoutant des composants externes (résistances condensateurs…) autour de l'AOP on obtient différent fonctionnement du montage (amplificateur, dérivateur, comparateur, additionneur……) caractérisé chacun par une fonction de transfert V =f(V ) s e +Vcc III) ...
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ADAPTER ET CONDITIONNER LE SIGNALLes Amplificateurs Opérationnels (AOP) ou Ampli linéaires intégrés (ALI) I)Introduction : La chaîne d’acquisition dans un système doit réaliser plusieurs opérations distinctes en vue de prélever une information physique de l’environnement ou du système et la convertir en une information exploitable par l’unité de traitement …... Présentation fonctionnelle de la chaîne d'information Signal TOR ou analogique Signal électrique TOR ou analogique adaptéet mis en forme Information Transformer une information physique Adapterl’information Ordresde commande Traiter physique en une un l’information information électrique Montages à AOP API – circuitélectronique Capteurs II)Présentation des AOP Il s’agit d’un composant électronique sous la forme d'un circuit intégré constitué essentiellement de transistors utilisé en amplificateur de tension. AOP Gain : K Ve tension Vs d’entrée Tension de sortie Ces deux tensions sont liées par la relation Vs=k.Ve. Les applications sont : -amplifier un signal -créer un signal (rectangulaire, triangulaire, sinus, oscillateur..…) -filtrer un signal -corriger les asservissements. En ajoutant des composants externes (résistances condensateurs…) autour de l'AOP on obtient différent fonctionnement du montage (amplificateur, dérivateur, comparateur, additionneur……) caractérisé chacun par une fonction de transfert Vs=f(Ve) +Vcc III)Description des ALI Symbole : i+ ¥– iSs V-i- + Vs V+ -Vcc Entrées:Sorties-V- entrée inverseuseVs tension de sortie -V+ entrée non inverseuseIs courant de sortie fourni par l'AOP -i+= courant d’entrée non inverseuse+Vcc alimentation haute de l'AOP -i-= courant d’entrée inverseuse-Vcc alimentation basse de l'AOP : Il ne faut pas que la valeur de Is dépasse sa valeur max : L'alimentation de l'AOP peut être symétrique ou asymétrique en fonctionnement du type d'AOP.
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IV)Les modes de fonctionnement d’un ALI : On distingue deux modes de fonctionnement pour ce composant : -fonctionnement linéaire -fonctionnement saturé ou non linéaire IV.1/fonctionnement linéaire Dans ce mode de fonctionnement, la sortie varie proportionnellement à l’entrée. Vs=k Ve+k0 L’ALI fonctionne en mode linéaire s’il existe un bouclage direct ou via un composant entre l’entrée "–" et la sortie "S". Loi de fonctionnement idéale : -i+=i-=0A -V+=V-e=V+-V-=0V -La sortie Vsévoluera à l’intérieur de l’intervalle des tensions d’alimentation Vs € [-Vcc ;+Vcc] Exemple : montage suiveur i-–¥s i + Vs VeEtude du fonctionnement: -I-=I+=0 -Mode de fonctionnement linéaire à cause de la liaison entre l'entrée "-" et la sortie "S"⇒e=0 donc V-=V+-V-= Veet Vs=V-⇒Vs=VeFonction de transfert :V11×Vle gain est donc de 1. La sortie recopie le signal d'entrée, montage utilisé pour se découpler électriquement la sortie de l'entrée.(adaptation d'impédance).La Rq : Quand le signal d'entrée Vearrive sur l’entrée "+" il n’y a pas d’inversion du signe de la sortie Vspar rapport à Ve. Quand le signal d'entrée Vearrive sur l’entrée "-" il y a pas inversion du signe de la sortie Vs par rapport à Ve. Représentation de la fonction de transfert. Vs +Vcc Ve -Vcc Saturation de la sortie si Vsest au Représentation temporelle de la sortie et de l'entrée moins égal à +Vcc VsVe temps -Vcc Page2
IV.2/Fonctionnement en régime saturé Iln’existe pas de bouclage entre l’entrée "–" et la sorte "S" Lois de fonctionnement On a toujours i+=i-=0A La sortie Vs peut prendre uniquement 2 valeurs Vs=+Vcc ou Vs=-Vcc en fonction de : -Si V+>V- alors Vs=+Vcc -Si V+<V- alors Vs=-Vcc +VCC=10VExemple : Montage comparateur Etude du fonctionnement: -I-=I+=0 ;–¥-Alimentation de l'AOP : +Vcc=10V et -Vcc=0V -V-= V1 et V+=V2 V1S -Si V+2V-⇒Vs= +Vcc -Si V+0V-⇒Vs= -Vcc + Vs V2Pour l’exemple suivant : V2 (t)=5V et V1(t)=15.sin(2Pt) (fonction d'un signal sinusoïdal), -VCCTracer l'allure du signal de sortie Vs(t) et la fonction de transfert Vs=f(V1). Vs15 V temps V)Exercices V.1/Montage Amplificateur inverseur R2 Fonction de transfert :V×1 %Vs e 1 Justifier le signe "-" dans la fonction de transfert Donner l'expression du gain et son intervalle Représenter la fonction de transfert Vs=f(Ve) et l'évolution temporel de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale V.2/Montage Amplificateur non inverseur R2 Fonction de transfert :V1(1#)×Vs e 1 Justifier le signe de la fonction de transfert Donner l'expression du gain et son intervalle Représenter la fonction de transfert Vs=f(Ve) et l'évolution temporel de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale Page3
V.3/Montage sommateur inverseur R R Fonction de transfert :V1 %(×V1# ×V2)s 1 2 Justifier le signe "-"de la fonction de transfert Déterminer l'expression de la fonction de transfert si R2=R1=R Représenter l'évolution temporel de Vs(t) pour un signal d'entrée V1(t) rectangulaire (-5V;+5V) et pour un signal V2(t) continu de 5V. R 2 V.4/Montage sommateur non inverseur R1R2 Fonction de transfert :V1(×V1#V2) R s1 2 1 ¥– Justifier le signe "+"de la fonction de transfert Donner l'expression du gain et son intervalle S Déterminer la fonction de transfert si R1=R2 R V s R V 1 V 2 V.5/Montage soustracteur R4R1R2R2 Fonction de transfert :V1 ××V2% ×V1s 3#14 1 Déterminer la fonction de transfert si R3=R1 et R4=R2 Justifier le signe "-"de la fonction de transfert Donner l'expression du gain et son intervalle Avec R1=R2=R3=R4, représenter l'évolution temporel de Vs(t) pour un signal d'entrée V2(t) rectangulaire (-5V;+5V) et pour un signal V1(t) continu de 5V. Page4
V.6/Montage comparateur simple Représenter la fonction de transfert du montage Vs=f(Ve) et l'évolution temporelle de Vs(t) en prenant un signal triangulaire pour Ve(t). V.7/Montage comparateur hystérésis 1 Donner les relations de fonctionnement du montage Déterminer l'expression de V+=f(Vs), en déduire les deux valeurs de V+ en fonction de celles de Vs Tracer la fonction de transfert du montage Vs=f(Ve) Représenter l'évolution temporelle de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale (-5v; +5V) avec 2 seuils de basculement pour V+ =±2V. Rq : Si le signal d'entrée (variable) arrive sur l'entrée "-" le cycle tourne dans le sens horaire. Si le signal d'entrée (variable) arrive sur l'entrée "+" le cycle tourne dans le sens trigo. V.8/Montage comparateur hystérésis 2 Donner les relations de fonctionnement du montage R2Ve R1Vs A partir de l'expression deV1déterminer les seuils de basculement du montage. # 1#2 Tracer la fonction de transfert du montage Vs=f(Ve) Représenter l'évolution temporelle de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale (-5v; +5V) avec 2 seuils de basculement pour V+ =±2V. Page5
V.9/Montage comparateur à fenêtre On fait l'hypothèse que V22V1. Compléter le tableau de fonctionnement du montage Tracer la fonction de transfert Vs=f(Ve) Représenter l'évolution temporelle de Vs(t) pour un signal d'entrée Ve(t) sinusoïdale (-5v; +5V) avec V1 =-2V et V2=1V. Ve0V1 V10Ve0V2 Ve2V2 Sortie ampli 1 Sortie ampli 2 Sortie porte ET
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