56 - morissonphysique

Chapitre 2 : Amplification Partie 2.4 (programme officiel)

TP-Cours
I- Amplificateur
1/ Applications
instrumentation (amplificateurs de signaux fournis par des capteurs, thème
capteur de pression) ; audio-vidéo (télévision, caméscopes, sonorisation,
chaînes hi-fi station ipod, téléphonie) ; télécommunications
(amplificateurs d'antennes émettrice ou réceptrice, antenne d'intérieur).
Exemple : Générer un « la » avec le GBF 1Vpp (ou baladeur) et écouter le
son avec le haut-parleur. Le son est à peine audible. Comment augmenter
l'intensité sonore ? Ampli de tension (essai après définition)

2/ Définition
Un amplificateur est un quadripôle linéaire. Avec ADI, v+=v- (sortie
uniquement rebouclée sur entrée inverseuse)
En continu, un amplificateur est dit linéaire si sa caractéristique de
transfert est une droite.
En régime sinusoïdal, un amplificateur est linéaire si à une tension
d'entrée sinusoïdale correspond une tension de sortie sinusoïdale.
La puissance moyenne fournie par la sortie est supérieure à la puissance
moyenne reçue en entrée.
Amplification en tension Av(t)=us(t)/ue(t) Amplification en courant
Ai(t)=is(t)/ie(t)

Exemple :
R1=1k( ; R2=10k( ; f=440Hz
Faire le montage. Essai avec le « la » et le haut-parleur.
On enlève le haut-parleur pour étudier le montage et éviter une chute de
tension.
ue : triangulaire symétrique d'amplitude 0,5V ; chronogrammes+fonction de
transfert
Valeur de l'amplification. Que se passe-t-il en 4Vpp ?

3/ Modèle
a) Entrée
Ze=Ue/Ie
Remarque : elle est souvent purement résistive et est alors appelée
résistance d'entrée.
Faire la mesure de la résistance d'entrée du montage ci-dessus. (Ue=0,329V
et Ie=0,300mA donc Re=1100()

b) Sortie : Ce modèle correspond au modèle de Thévenin : Es est la tension
de sortie à vide.
Rs= -(Us/(Is
Faire la mesure de la résistance de sortie du montage ci-dessus.
(Es=3,28V ;Ru=1k( Us1=3,28V et Is1=3,28mA; Ru=100( Us2=2,73V et Is2=27,3mA
donc Rs=229()
exemple : déterminer Us et Is si Rs=200( et sortie branchée sur HP 4(


II- Amplificateur à référence commune
L'entrée et la sortie ont la masse en commun.

1/ Non-inverseur
ue est sinusoïdale, 4Vpp. Tracer us, ue et us(ue).
Déterminer la relation entre ue et us théoriquement et pratiquement :
préciser le domaine de validité.
Observer us à haute fréquence : distorsion (non-linéarité) due au slew-rate
(vitesse de balayage).
déterminer l'excursion maxi d'un signal d'attaque pour avoir un fctnt
linéaire
relever la courbe de gain (à la fin si on a le temps)

2/ Inverseur : c'est le montage ci-dessus.
Tracer la caractéristique de transfert, à l'oscilloscope, avec ue
triangulaire de -2 à 2V avec une alimentation de l'ALI en (15V. Relever et
décrire cette caractéristique : à quoi est due la distorsion ?
Calculer l'amplification, vérifier avec le voltmètre.
Schématiser le modèle équivalent linéaire en mentionnant le domaine de
validité. Rappeler la relation entre ue et us.
Observer us à haute fréquence : distorsion (non-linéarité) due au slew-rate
(vitesse de balayage).

III- Amplificateur de différence
Théorie: us=Ad(Va-Vb). Déterminer l'expression de Ad.
Application :
Capteur de température : le capteur est une résistance dont la valeur
dépend de la température.
Comment prélever une tension qui dépend de la température : on utilise un
diviseur de tension. Il faut que le courant soit de l'ordre du
milliampère : par exemple avec une résistance de 15k( et une tension de
15V.
Comment amplifier un écart de tension dû à un écart de température ?
On utilise un amplificateur de différence.
> On fixe vB à une référence qui correspond à la température ambiante.
> La tension du capteur est placé en A.
On amplifie avec Ad=100 en utilisant par exemple R1=1k( et R2=100k(.

IV- Amplificateur de puissance
1/Intérêt (à revoir)
brancher un lampe en sinus sur le GBF avec U=6V.
La lampe n'éclaire presque pas. Il faut amplifier l'intensité.


Professeur : on alimente un gros haut-parleur (3W 5Wmax 8() avec un
lecteur MP3,on entend un son très faible. On augmente la puissance avec un
amplificateur de tension inverseur (R1=1k( et R2=100k(, alim(15V) : le son
est meilleur mais pas suffisant. On augmente la puissance avec un ampli de
courant (transistor bipolaire BD135 RB=47(, l'HP entre l'émetteur et la
masse) le son est fort mais distordu (qq harmoniques)
Elèves : on alimente une lampe 6V avec le GBF sinus 1kHz, 10Vpp : peu de
luminosité donc on amplifie la tension (inverseur à ADI R1=1k( et R2=100k(,
alim(15V) mais ça ne marche pas donc on amplifie l'intensité avec un classe
A (RB=1k( lampe entre 5Vcontinu et collecteur) , on observe à l'oscillo
(CH1(CH2 fct math) qu'il nous manque la partie négative, on passe au
montage classe B

2/ Montage Push-pull=amplificateur en classe B
6Vpp sinus 440Hz RB=1k( mini haut-parleur
essai avec un puis deux transistors (distorsion+perte d'intensité sonore
avec 1 seul haut-parleur)
Observation à l'ordinateur des chronogrammes et de la fonction de
transfert.
On remplace le haut-parleur par une résistance de 10k( pour avoir une
courbe plus propre.
Exprimer us en fonction de ue sachant que VBE=0,6V ou (0,6V.
Av=1 et Ai=( par approximation

(Calculer Av=Us/Ue, Ai=Is/Ie, Re=Ue/Ie et Rs=
Ap=Ps/Pe

Rendement : (=Ps/Pf avec Pf=Vcc.+Vcc.+UeIe
Calcul théorique : si on néglige la distorsion, Av=1, Ai=(,
Re=ue/ie=us/ie=(us/is=(Ru, Rs=us/is or us=ue=eg-Rgie=eg-Rg.is/( donc
Rs=Rg/(
Ps=Us²/Ru et Pf=2Vcc., = /( et =/Ru donc Pf=2Vcc./(Ru
voir exos)



3/ Elimination de la distorsion














Illustration du cours
[pic]

[pic]
[pic]
Exercice 1 sur l'amplification


|Exercice 1 | |
|[pic] |L'ADI est parfait et alimenté en (15V. |
| | |
| | |
| |Schéma au tableau. |
| |Quelles sont les questions possibles ? |
| |Répondre à ces questions. |

Suite des exercices sur l'amplification

Exercice 2 : amplificateur inverseur
|R1=2,2k( et R2=10k(. L'ADI est parfait et |[pic] |
|alimenté en (15V. | |
| | |
|1/ Exprimer et calculer l'amplification en | |
|fonction de R1 et R2. | |
|2/ Tracer la caractéristique de transfert lorsque| |
|ve varie de (5V à 5V. Quelle est l'excursion | |
|maximale en entrée. | |
|3/ On effectue un essai à vide, on mesure | |
|vs=10,055V, un essai en charge donne vs=10,032V | |
|avec is=22mA. | |
|Déterminer la résistance de sortie de cet | |
|amplificateur. | |

Exercice 3 : amplificateur non-inverseur
[pic]
R3=10k( ; R2=47k(
1/ Calculer l'amplification. Exprimer l'amplification en fonction de R1 et
R2, en déduire la valeur de R1.
2/ Déterminer la résistance d'entrée de cet amplificateur.


Exercice 4 : amplificateur de différence
|1/ Quelle est la valeur de ud ? Justifier. |[pic] |
|2/ Exprimer v( puis v+. En déduire | |
|l'expression de us en fonction de ur, ua, R1 | |
|et R2. | |
|3/ A quelle condition ce montage est-il un | |
|soustracteur ? | |




Exercice 5 : amplificateur de puissance
|E=15V ; VBE1=0,6V ; VBE2= (0,6V ; VCEsat=0,3V|[pic] |
|pour T1 et (0,3V T2. | |
|1/ Quel est l'intérêt d'amplifier avec deux | |
|transistors ? | |
|2/ A partir de quelle valeur de ue, T1 est-il| |
|passant ? | |
|3/ Expliquer pourquoi us est compris entre | |
|(14,7V et +14,7V. | |
|4/ On suppose que ue est triangulaire | |
|d'amplitude 12V. | |
|a) Exprimer us en fonction de ue lorsque T1 | |
|est passant. Même question lorsque T2 est | |
|passant. | |
|b) Tracer ue(t) et us(t). | |
|c) Tracer la caractéristique de transfert | |
|us(ue). | |
|d) Quelle distorsion présentent ces courbes ?| |
|(la situer sur us(t) et sur la | |
|caractéristique de transfert) | |
|5/ Exprimer la puissance moyenne (active) | |
|consommée par la charge RL. Exprimer la