Chapitre 1 : - morissonphysique

Chapitre 1 : Comparaison (partie 2.3 du programme officiel) Approche expérimentale : intérêt des comparateurs
Objectifs
- Citer le régime de fonctionnement d'un A.O. dans un comparateur à
seuil(s).
- Citer un des avantages des comparateurs à deux seuils vis à vis des
comparateurs à un seuil.
- Utiliser un oscilloscope. : en XY pour relever le cyclogramme d'un
comparateur en repérant le sens de parcours, en bicourbe pour relever
l'oscillogramme du signal de commande et la réponse d'un comparateur,
distinguer un comparateur à un seuil d'un comparateur à deux seuils en
observant les signaux d'entrée et de sortie, relever plus de deux
chronogrammes en respectant la concordance des temps. 1/ Problème
Comment simuler un éclairage public (une diode symbolisera le lampadaire)
avec déclenchement en fonction de l'éclairement ambiant ? 2/ Comparer deux tensions
Composant de base du comparateur : ADI.
Quelle est l'intensité maximale de sortie.
ADI à étudier sur Internet : identifier l'alimentation, les entrées et
sortie.
Tableau v+ v( vs et diode
v+>v( ( vs=Vsat+
v+V( ( uS=15V, or V+= (5V et V(=uE donc (5V >uE ( uS=15V
de même : (5V < uE ( uS=(15V
Exercice 2
[pic]
1. L'ADI fonctionne en saturation car la sortie est uniquement rebouclée
sur l'entrée non-inverseuse. Ce montage est un comparateur à deux seuils
inverseur (uE reliée à v().
2. Diviseur de tension : v+== = uS= (15=(10V
3. Au basculement v+=v( or v+=(10V et v(=uE donc uE doit être égale à 10V
si uS=15V pour que la sortie bascule et uE doit être égale à (10V si
uS=(15V pour que la sortie bascule. Exercice 3
Les amplificateurs opérationnels, supposés parfaits, fonctionnent en régime
saturation. Ils sont alimentés en (VCC. Les deux comparateurs étudiés sont
utilisés avec la même tension d'entrée u0.
[pic]
[pic]
1. Le comparateur 1 est un comparateur à un seuil non-inverseur et son
seuil est nul : si u0>0, la sortie u1=15V sinon la sortie est (15V.
2. Théorème de superposition : u+=
3. La sortie commute si u+=u(, or u(=0 donc u+=0 ( le comparateur commute.
4. Au basculement u+=u( ( =0 ( u0= (u2 = (VCC = ( 7,5V.
5. Lorsque u2=15V, il faut u0= (7,5V=UL pour que le comparateur bascule.
Lorsque u2= (15V, il faut u0=7,5V=UH pour que le comparateur bascule.
6. Seules les courbes du comparateur 2 sont tracées. Exercices sur la comparaison
Exercice 1
Dans le montage ci-contre, la diode est supposée idéale, la résistance R
est égale à 15k(. La tension Uréf est égale à +4V et la tension ue(t) est
une tension triangulaire symétrique, d'amplitude 10V et de fréquence 1kHz.
1/ représenter en concordance des temps, sur deux périodes de
fonctionnement :
ue(t), us'(t) (+Vsat=15V, -Vsat=-15V), us(t).
2/ Quel est le rôle de la diode ?
3/ Quelle est la valeur maximale de l'intensité du courant traversant la
résistance R ? La valeur obtenue est-elle compatible avec l'intensité de
sortie d'un amplificateur opérationnel classique (îs=20mA).
4/ Calculer le rapport cyclique ( de la tension us(t).
Rappel : (= Exercice 2
On utilise deux comparateurs logiques intégrés non inverseurs alimentés
sous 10V. (VDD=10V).
Ils sont à deux seuils de basculement : UB1=2V, UH1=5V pour le comparateur
1, et UB2=1V, UH2=6V pour le comparateur 2. Ils sont soumis à la même
tension d'entrée ue.
Représenter les chronogrammes de ue(t), us1(t) et us2(t) dans le cas d'une
tension d'entrée triangulaire 0/10V de fréquence f=1kHz.
Exercice 3
Le circuit intégré ci-contre est un comparateur analogique LM311.
Lorsque la tension différentielle d'entrée est positive ((>0), le
transistor de l'étage de sortie est bloqué. Lorsque cette tension est
négative, le transistor est saturé (VCEsat(0).
VCC=15V ; RC=1k( ; R1=10k( ; R2=20k(
1/ Quelles sont les valeurs que la tension us de sortie peut prendre ?
2/ Déterminer les deux valeurs UB et UH de la tension ue d'entrée qui
provoquent le changement d'état de la tension de sortie us.
3/ Représenter la caractéristique de transfert de ce comparateur. Exercice 4 : comparateur à un seuil
L'AOP et le transistor sont parfaits.
L'AOP est alimenté en (12V.
La tension de seuil de la diode est 0,6V.
Uréf=0,1V.
1/ Quel est le mode fonctionnement de l'AOP ? (justifier)
2/ a) La tension u1(t) prend la valeur 0.
Déterminer u2(t), u3(t) et l'état du buzzer.
b) La tension u1 est supérieure à 0,1V. La chute de tension dans R vaut
10V.
Déterminer u2(t), u3(t) et l'état du buzzer.
3/ u1(t) est un signal triangulaire compris entre 0 et 0,2V.
Représenter u1(t) et u2(t). Exercice 5 : comparateur à deux seuils
L'ADI, alimenté en (15V, est parfait.
1/ Flécher v+, la tension entre l'entrée non inverseuse et la masse.
2/ Exprimer v+ en fonction de R1, R2 et us.
3/ Etablir les expressions des seuils VH et VB (VH>VB). Exprimer VB en
fonction de VH.
4/ Application numérique : R1=R2=10k(.
5/ Tracer la caractéristique de transfert us en fonction de ue pour ue
variant de -10V à +10V (flécher le sens de parcours). Exercice 6 : extrait du sujet de bac 2008
[pic]
[pic] Exercice 7 : extrait du sujet de bac 2004
[pic]
[pic] Evaluation : Comparaison
Exercice 1 : extrait du sujet de bac juin 2007
Partie B Partie F
Exercice 2 : extrait du sujet de bac juin 2000 Exercice 3 : extrait du sujet de bac 2006
Document réponse de l'exercice 2
Document réponse de l'exercice 3 Document-réponse 3
| |VS2 |VS3 |Etat de D1 |Etat de D2 |v6A