II. Montages à amplificateurs opérationnels (AOP)
L'amplificateur opérationnel, souvent appelé 'ampli OP' ou AOP est un composant électronique complexe (composé lui-même de résistances, transistors, …). C'est un composant fondamental de l'électronique.
Nous allons découvrir quelques montages mettant en œuvre cet AOP.
2.1 : le montage suiveur
La problématique :
Nous avons un capteur qui fournit une tension comprise entre 0 et 10V. La valeur de cette tension est proportionnelle à la grandeur physique mesurée. Ce capteur doit être câblée sur une entrée d'une carte arduino. Malheureusement celle-ci ne supporte que 5V au maximum.
Il nous faut donc trouver un moyen de diviser cette tension par 2.
2.1.1 Solution N°1 : le pont diviseur
Ci-dessous le montage à simuler :
Les composants du montage :
- Les résistances R1 et R2 (1kΩ) sont à prendre dans la librairie des composants (component – from libraries – Resistors – 2 Watt Metal film).
- Le générateur continu de 10V est à choisir dans la rubrique 'Generator – DC'.
- La résistance variable RV1 (potentiomètre) de 1kΩ est à prendre dans la librairie des composants (component – from libraries – Resistors – Variable – POT-HG – high granularity interactive potentiometer).
- La masse (le 0V) est à choisir dans la rubrique ' Terminal – Ground' .
- Pour les appareils de mesures il faut aller dans la rubrique 'virtual instrument' puis choisir celui que vous voulez (DC Voltmeter ou DC Ammeter).
Remarque : nous simulerons le capteur à l'aide du potentiomètre RV1. On pourra ainsi avoir une tension réglable entre 0 et 10V.
a) Simulez le montage et relevez une dizaine de valeurs différentes du capteur et la tension UR2 obtenue.
b) Qu'en pensez-vous ?
En fait ce montage est incomplet car le signal issu du pont diviseur 'rentre' dans la carte arduino. Or celle-ci possède une résistance d'entrée (appelée 'impédance d'entrée'). Nous allons voir si cette impédance a une influence sur le montage. On va tricher un peu et prendre une impédance d'entrée (R3) de 1500Ω afin de visualiser les effets. Dans la réalité cette impédance est plus élevée (1MΩ?).
c) Simulez le montage suivant et relevez une dizaine de valeurs différentes du capteur et la tension UR3 obtenue.
d) Qu'en pensez-vous ?
e) Simulez le montage avec R3 ayant pour valeur 50kΩ et relevez une dizaine de valeurs différentes du capteur et la tension UR2 obtenue.
f) Qu'en pensez-vous ? En déduire d'où vient le problème?
g) L'impédance d'entrée d'une carte électronique ou d'un composant doit-elle être grande ou petite ?
2.1.2 Solution N°2 : le pont diviseur + le montage 'suiveur'
a) Simulez le montage suivant :
Les composants du montage :
- L'amplificateur opérationnel est à prendre dans la librairie des composants (component – from libraries – Operational Amplifiers – 741)
- Le générateur continu de 10V est à choisir dans la rubrique 'Generator – DC'.
- La résistance R3 (potentiomètre) de 1500Ω est à prendre dans la librairie des composants (omponent – from libraries – Resistors – 2 Watt Metal film).
b) Relevez une dizaine de valeurs différentes du capteur et la tension UR3 obtenue.
c) Qu'en pensez-vous ?
2.2 : le montage 'amplificateur – non inverseur'
Ci-dessous le montage à simuler :
Les composants du montage :
- Les résistances R1 et R2 (750Ω et 1000Ω) sont à prendre dans la librairie des composants (component – from libraries – Resistors – 2 Watt Metal film).
- Le générateur continu de 15V est à choisir dans la rubrique 'Generator – DC'.
- La résistance variable RV1 (potentiomètre) de 1kΩ est à prendre dans la librairie des composants (component – from libraries – Resistors – Variable – POT-HG – high granularity interactive potentiometer).
- La masse (le 0V) est à choisir dans la rubrique ' Terminal – Ground' .
- Pour les appareils de mesures il faut aller dans la rubrique 'virtual instrument' puis choisir celui que vous voulez (DC Voltmeter ou DC Ammeter).
- L'amplificateur opérationnel est à prendre dans la librairie des composants (component – from libraries – Operational Amplifiers – 741)
a) Simulez le montage et relevez une dizaine de valeurs différentes de la tension d'entrée (broche 3 de l'AOP, valeurs de 1 à 8 V) et de la tension de sortie (broche 6 de l'AOP).
b) Sachant que la formule de la tension de sortie Vs par rapport à la tension d'entrée Ve est Vs = (1 + (R2/R1))*Ve , analysez vos résultats. Trouvez les limites de fonctionnement du montage. Faites valider par le professeur