Science Physique Appliquée I. Simulation d`un « générateur à

Lycée Saint Cricq
TP n°10
Science
Physique Appliquée
Terminale
Génie électronique
Montage convertisseur d'impédances – Simulation de dipôles
I. Simulation d'un « générateur à résistance négative » (montage
INIC)
Dipôle étudié
1. Schéma de principe.
AO : TL 081 alimenté en +15V/­15V.
R1=R2= 10 k., R3= 1k.
Ce montage est un dipôle dont la caractéristique est donnée par la relation entre les grandeurs u et i (attention à la convention récepteur choisie). La surveillance de la tension s(t) permet de savoir si ce dipôle fonctionne avec l'AO en régime linéaire ou pas.
On place à la sortie de l'AO deux diodes Zener (V DZ=7,5V) en opposition pour limiter les valeurs de saturation. On note alors SM et ­SM les valeurs de saturation de s(t).
2. Protocole expérimental.
a) Avec un oscilloscope en mode XY on désire relever une image de la caractéristique du dipôle, c'est à dire une image de la relation entre u(t) et i(t) en respectant la convention « récepteur ». Quel appareil sera nécessaire pour faire ce relevé?
b) Proposer un schéma de montage permettant d'obtenir une image de la caractéristique du dipôle avec u=f(i) sur l'écran de l'oscilloscope. Placer sur ce shéma les grandeurs électriques étudiées en précidant la convention choisie et les valeurs Vz des diodes utilisées.
3. Relever de la caractéristique.
a) Faire le montage en ajoutant une résistance de, relever l'oscillogramme obtenu en précisant les coordonnées des points remarquables (intersection avec les axes, points anguleux).
b) La voie Y de l'oscilloscope sert maintenant à visualiser la tension s(t) de sortie de l'AO. En respectant les conventions prises, relever l'oscillogramme obtenu en précisant les coordonnées des points remarquables.
4. Exploitation des résultats expérimentaux.
a) A partir de l'oscillogramme de la question 3.b, déduire les différentes zones de fonctionnement de l'AO sur la caractéristique obtenue en 3.a et calculer les différents coefficients directeurs.
b) A partir des résultats expérimentaux précédents et pour le fonctionnement linéaire de l'AO déterminer la relation entre u(t) et i(t). Que peut­on dire du comportement du montage lors de ce fonctionnement linéaire ?
c) Etablir la relation entre u(t) et i(t) pour les états saturés de l'AO.
d) D'après l'oscillogramme du 3.a, a t­on u(t) en fonction de i(t) ou i(t) en fonction de u(t) ? Justifier la réponse.
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5. Confrontation avec la théorie.
L'amplificateur opérationnel est supposé parfait avec ses courants d'entrées nuls. Les calculs littéraux qui suivent sont à établir à partir du schéma du dipôle. On tiendra compte, pour les applications numériques finales, des valeurs des résistances mesurées à l'ohmmètre et des valeurs de saturation de s(t).
a) Dans l'hypothèse où l'AO est en fonctionnement linéaire, établir la relation littérale entre u(t) et i(t) en précisant son domaine de validité.
b) Etablir la relation littérale entre u(t) et i(t) pour les deux états saturés de l'AO en précisant son domaine de validité.
c) A partir des calculs précédents, tracer la caractéristique théorique du dipôle.
d) Vérifier la conformité du modèle théorique aux résultats expérimentaux par les applications numériques.
e) A partir du tracé théorique de la caractéristique du dipôle, que doit­il se passer si l'on augmente R 3? Faire la vérifictaion expérimentale.
II. Simulation d'une bobine.
1. Schéma de principe du montage
R'=3,3 k, R''= 1 k., C= 100nF.
En fait, le montage ci­contre est équivalent au montage ci­dessous :
Avec R0 =
'
R . R'
'
'
R R '
et L0=R'.R''.C.
2. Intégration du composant simulé dans un montage.
On utilise cette bobine fictive dans la structure du quadripôle ci­dessous :
R= 1 k..
a) Exprimer la fonction de transfert complexe du quadripôle.
b) Quelle est la nature du filtre ?
c) Exprimer T0, fc en fonction de R, R0, L0.
d) Mesurer T0 et fc et comparer avec les valeurs prévisibles par la théorie.
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