Travaux Pratiques - Electrocinétique - 1ère année de CPGE scientifique, voie PCSI, A.O. en régime linéaire : montage sommateur

De
Série de travaux pratiques d'électrocinétique basée sur le programme de physique de 1ère année de CPGE voie PCSI en vigueur de 1995 à 2003 (le découpage correspond à des séances de deux heures chacune). Ce module est composé de 15 TP : (1) Oscilloscope (2) Dipôles électrocinétiques (3) Représentations de Thévenin et Norton (4) Dipôle RC et RL en régime transitoire (5) Dipôle RLC en régime transitoire (6) Dipôle RLC en régime sinusoïdal forcé (7) Dipôle RLC en régime sinusoïdal forcé, étude avec Synchronie (8) Filtre passe-bas passif d'ordre 1 (9) Filtres passifs passe-haut d'ordre 1, passe-bande d'ordre 2 (10) Redressement, filtrage (11) AO en régime linéaire, montage amplificateur non inverseur (12) AO en régime linéaire, montage suiveur (13) AO en régime linéaire, montage sommateur (14) AO en régime linéaire, montages intégrateur et dérivateur (15) Filtre passe-bas actif d'ordre 2
Publié le : mardi 1 janvier 2008
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Nathalie Van de Wiele - Physique Sup PCSI - Lycée les Eucalyptus - Nice 1 TP14 TP N°14 : AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL EN REGIME LINEAIRE : MONTAGE SOMMATEUR  Se rapporter au cours IX , paragraphe IV : le montage sommateur généralise à n générateurs la structure de l’amplificateur inverseur.  I. Etude rapide du montage amplificateur inverseur.  Se rapporter au cours IX , paragraphe III .      R2  
 R1              - notations :           += ue Ue (2 coswt+jue) = Ue,maxcos (wt+jue)  Rg =w ue Ue2 ej t avec Ue= Ueejjue   Ue Us Ru u de même pours.    Eg      générateur amplificateur inverseur dipôle  de commande d’utilisation  Pour l’A.O. idéal en régime linéaire, montrer que l’expression de la fonction de transfert est H (jwUU ) =es - =R R21. En déduire que le gain est indépendant de la fréquence et que les tensions de sortie et d’entrée sont en opposition de phase.  En fait, l’amplificateur inverseur est un filtre passe-bas du premier ordre : dans une première partie, nous étudierons rapidement le montage pour une fréquence basse (f = 500 Hz) et nous vérifierons les résultats précédents ; dans une deuxième partie nous observerons les variations du gain  H (f) = UUset de la phase de transfertjus/ue fonction de la fréquence.(f) en e  1. Première partie : étude à f = 500 Hz .  Le quadripôle n’est pas chargé ( Ru ® ¥). Le générateur de commande est un G.B.F., R1= 10 kW R et2= 22 kW. Réaliser le montage suivant :   CH1 R2 CH2  R1 -     +        GBF      ·Se placer à la limite de la saturation ( Us,max = RR21Ue,max< Usat  Þ Ue,maxRR< 12Usat ,)m serure  H = UUse = UUxamse,et évaluerjus/ue à , max l’oscilloscope. Conclure. R
·Visualiser la saturation en tension de sortie, elle a aî1e,max,exp. Conclure. ppar t pour Ue,max,th= R 2Usat U, mesurer  2. Deuxième partie : étude en fonction de la fréquence.  Comme nous l’avons vu au TP12 III.3. : il faut choisir un niveau du signal d’entrée qui assure la linéarité et la non triangulation à fréquence élevée (utiliser éventuelle ment la sortie atténuée du G.B.F.). Balayer alors rapidement en fréquences en partant de f = 0,1 kHz et notez vos observations.   
Nathalie Van de Wiele - Physique Sup PCSI - Lycée les Eucalyptus - Nice TP14
II. Montage sommateur : modulation d’amplitude.   R CH1  R   R -+               GBF1 GBF2   u1 u2 us   
2
1. Etude théorique du montage.  Montrer que us= - ( u1+ u2) . Dans le cas où u1 et u2 sont deux signaux sinusoïdaux de même amplitude tels que : u1= a cos (2pf1t) et u2= a cos (2pf2t) ,  montrer que l’on peut écrire : - us= Amodcos (2pfM :t) avec Amod= 2 a cos (2pfmodt) : amplitude modulée, f1-f2 fmod,noitalu =  2  :fréquence de mod f1+f2   fMneenm yo=. f :2ceenquré Dessiner l’allure de us pour f1 et f2 proches. Ceci se rencontre dans le cas de la propagation d’émissions herziennes : un récepteur radio par exemple reçoit une onde modulée en 2 amplitude : la porteuse est l’information transportée à haute fréquence (Tporte use= TM  =f1+f2) , le signal audio à récupérer est le signal modulant, de période Tsignal= Tmodf  =1-f22. Le récepteur radio possède un filtre sélectif chargé d’isoler la haute fréquence correspondant à la station désirée, et un démodulateur chargé de récupérer le signal audio. Dans une première partie nous observerons la modulation d’amplitude. Dans une seconde partie, nous étudierons la démodulation.  2. Première partie : modulation d’amplitude.  Réaliser la montage précédent avec R = 10 kW f ;1= 560 Hz et U1,max= 1,5 V le G.B.F.1 ; pour f2 et U= 500 Hz2,max= 1 V le pour G.B.F.2 . La nécessité de deux tensions d’amplitudes différentes vient de ce que le transport du signal exige us ¹ tout instant.0 à  Pour régler les problèmes de synchro (avec l’oscilloscope OX 800) : ·non automatique (appuyer sur le voyant jaune pour que la touche synchro s’éteigne),choisir la synchro · usynchroniser sur la voie 1 (surs), · ur HF pour éliminer la porteuse haute fréquence,synchroniser sur l’enveloppe (le signal basse fréquence) en appuyant s ·régler alors le niveau (level) pour l’immobilité.  Mesurer la période de la porteuse et celle du signal modulant, comparer ces valeurs à celles attendues.   3. Seconde partie : démodulation. a) Etude théorique.  On utilisera le détecteur de crête étudié au TP11 VI. 2.  schématisé ci-contre.  Montrer qu’on réalise ainsi une démodulation avec seuil qui  nécessite :  us C u’ Rs Tporteuse<<t= RC << Tsignal.  Pour cela on fera une représentation soignée de la tension  redressée simple alternance en prenant pour cas de figure  Tsignal/ 2»4 Tporteuse.  b) Choix des paramètres. T f En gardant les amplitudes précédentes, on fixe f1 et f= 5010 Hz2= 5000 Hz : on réalise alorssignal=Tmod=f1+-2» la1000 et TporteuseTMf1f2 possibilité de satisfaire facilement à la condition précédente exprimée ent= RC . Montrer quet= RC = 10-2 est satisfaisant. Réaliser le montage pour visualiser us u’ ets en fixant = 1 CmF et R = 10 kW(on dispose en fait de boîtes à décades pour pouvoir ajuster au mieux les valeurs qui donneront la meilleure démodulation, bien que la marge soit étroite). Enregistrer l’oscillogramme sous Synchronie, observer le signal démodulé, chiffrer l’effet de seuil, imprimer.  4. Amélioration d’un montage sommateur à l’aide de suiveurs.  En raisonnant en termes de résistance d’entré e et de sortie, montrer que le fait de placer un A.O. suiveur à chaque entrée du sommateur en améliore les qualités.
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