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ElectronS.R.L.

1. R1 R5 R7 1K 3K3 SMALL SIGNAL 220 PNP AMPLIFIER SETUP NPN AMPLIFIER SETUP PARAMETERS MEASUREMENT R3 R6 R8 Gs FE 100k Tor 100k Doe XH 100k Dos BC327 BC337 BC337 EY R2 R4 3K3 1K FFF FHF FFF Ee e CD x R9 Sd sh Sri Bp x Era En e S 150 24 Se TEP BEL Al Al J UT A 100u Gr a 1D E T EI dv JE lt 1 sv I xD EU a se CC a ce ca he a A e Q5 BDN93 Q6 IRF740 FFE E oe EH E I s FET O e O Ee Ke R10 E 04 ZN 2 o s 43 6 TEIE S Es aa c MOSFET 2N3819 Ze P1 4K7 2N3823 RE pil ep ON E R11 O 1M5 DARLINGTON Se B1138 E2 TRANSISTOR CHARACTERISTICS CARACTERISTIQUES DES TRANSISTORS E2BOARD
2. A IF pe TAGO610 1N4997 a2 TNY612 TO805NH D E P1 R2 R5 P2 R9 470 470 470 L e eh en T e TE 1M R1 R6 100K S AKT KAG 2k7 z Ye e x AP ES e E B2 A 1 aN 02 DIAC NZ a3 S ai 1 R8 47 a G E Al a gt Em R4 220 it r3 DES R3 a RT 100 We 10K K K 15V D1 184907 R9 R1 R2 R3 3 3 A Leo 1K5 4K7 390K 3K9 UKS R8 ce in Fase 100p INPUT 100K R4 L 100K Rs i 5 TIM5 Fr7 U1 OUTPUT LM2903 s ee e COMPARATOR w P1 LED a Z si E x Pi 4K7 ul c ci Y a a SE E zs Et Bolo E c 5 E 5 25V T an i cs E a a a P1 2 bd B1138 E4 UJT THYRISTOR DIAC TRIAC OPTOELECTRONICS BOARD Bl1138 E T EN FRONT VIEW OF TH 38C1F 1 SCR AND UJT 1 1 Vue d ensemble La Fig 1 montre le sch ma du module didactique avec le SCR et UJT Ce module didactique se trouve sur la carte B11
3. e e c5 Zei 100uF o9 cs o 25V L gt hi Ss eu TP at a 47K fr Ya o C4 T T Put 479uF P1 gt 16V Es 7 EF 1 wjt al NON POL 2 q xr ey TP TP 2 Il I ci D 2 c 1 pa p ole 3 IL x ew NN Opener T NZ aT e x ke XP a TP a e 10uF RES amp 25V 2 ie at ze LL ol Ey Ely A 25V TP 2 e e ov 15V LD2 EE LD1 amp CR LD2 RED 3 d Auger 25V RED 38 eS de SO Qi fou 1 ae 25V C6 1K C7 1K TP TP 47K x x ATK Qu e R11 2as ze R14 T 6 ds 80337 BC337 TP TP gy TP B1138 E3 TRANSISTORS FRONT VIEW OF THE B1138 E3 BOARD ESBOARD
4. c2 P S INPUT 10K ENTREE ALIMENTATION 4 BEE ca 15V Orgy SM 4 _ov E 3 R5 gt 15V Py C4 e 1M 19u nj 25V a d Lr ES 2 R4 TL 100K 2X1N4007 PAS TOR Rt 15V 1 R3 H 100K e 10K e c1 R2 U1 LF353 100K ERA 100K PA TP Il TP le tS TEE d RE R6 q LL z H 100K EE Fi la R11 R12 R7 M TP 10K 100 1M5 4 al 1 2 3 SNE P2 10K 1 2 3 4 E x e RE e a Y 15V bs R8 Sa Sie Se TP gt 15V dip P 15V ov TE EE ov gt 15V 2X1N4007 gt 15V Lil ce L Sech IN OUT GC SES 3 TP OUTPUT TP o FILTRE_PASSE BAS z5 rad sekO es EE SEI REISER c17 39K ER S TER LR14 50K GAIN 25 R23 R28 10K H 1K R29 Bo DN eek m R274 10K F 48 9 _ eveJ ni 3k3 R20 ad m C Tor Caze 3 ciou 28v gt DU 8Ve De J SVelHps op Lit IK cie az c7 10K ls 4 3K3 FR15 3v D4 wo DI L 7 4 E ed L 1 RES R3 15K 10K R16 150K R19 gu Es rio 15K LRes o lt gt c11 10K 330 C15 E y L lt R21 3K3 F T 15K R24 R17 150K 10K R18 ne 220K C14 co ik A re 22 It eer TP d SIN
5. R1 R5 R7 1K 3k3 SMALL SIGNAL 220 PNP AMPLIFIER SETUP NPN AMPLIFIER SETUP PARAMETER MEASUREMENT R6 R8 T 100k H Doe HH 100K H Das BC337 a BC337 FEF R4 1K ttt FEF ET AO EL Es TE Y R9 sc sh Sch Bp XC Yo Y SS 150 2W z Nd Bt AED RE RER LT UH ioou E Nile all ot al al d Tat ssy SL SU ES Stl gly zc A A LB ey a Ki ce cs Lee ren BE vn on d wen ee GE is ts SU mae is O ct ln me CE RS ad De ve ES pen am d en e d LI 4H 05 BDH93 06 IRF740 oe Ett E s R FET O O e R10 Mo a4 Ky ZN D JL EC dE Le A S a4 2Ng819 E MOSFET B P1 4K7 pil ERE R11 Y 1M5 DARLINGTON E E E FEF Ttt FEF B1138 E2 TRANSISTOR CHARACTERISTICS CARACTERISTIQUES DES TRANSISTORS E2C1F6 Les Figures 7 et 8 montrent l amplificateur avec le signal alternatif l entr e de base comme dans les figures 3 et 4 15V RS 3K3 CH1 R6 100K Q2 BC337 CH2 ON BOARD VARIABLE V SOURCE OSCILLO
6. FFF R1 R5 R7 1K 3K3 SMALL SIGNAL 220 PNP AMPLIFIER SETUP NPN AMPLIFIER SETUP PARAMETERS MEASUREMENT R3 R R8 4 EH 100k Gor HER 100K De FFE 100k Dios N BC327 BC337 BC337 ERES R2 R4 3K3 1K AAA LIT LITT TITI ME TEE LES d i d f L LEI x R9 Sp sh Sri Sc xb Y ED Sc S 150 24 z Al fe MAM ffe A RENE 1004 S a wn o n o di x lt 25V 1 pd E a po Mo ad e m e Le m m o E or e a t ce cs a a a a tt om SE EE E EE EE E EE EE EE EE EG EE EE dE dE EE EE E 05 BDW98 06 IRF740 ee Ett E s D FET O ES O Ee R10 15k 04 ZN D G D c s g Bo 8 os c MOSFET 2N3819 tle 05 P1 4K7 2N3823 T pl R11 1M5 DARLINGTON NE B1138 EP TRANSISTOR CHARACTERISTICS CARACTERISTIQUES DES TRANSISTORS E2BOARD 15V
7. 4 H e D TAGO610 1N4007 Q2 TNYe12 T0805NH De lt P1 Re RS Pe R9 470 470 470 LG eu 2M PE I e T 1M R1 R6 100K 4K7 KAG 2k7 iS ou e y AP z e E B2 A SCH A zu N 02 DIAC VA a3 Riz o1 Fat Ta lt ET E ES G iS d E R4 220 o B3 H R3 uE R7 100 10K e A e e e 15V D1 1N4697 R9 R1 Re RS 3 LED 1K5 4K7 390K 3K9 LUKS TRS ce iM Fre 100p INPUT 100KFR4 ieok ns y s ims Les E ut OUTPUT i Q REE LM2903 o COMPARATOR e n P1 S a Z Bo d E Pi 4k7 a a Se E s se i OT 5 5 5 4 85V 2 t 2 z a x P1 bd bd bd B1138 E4 UJT THYRISTOR DIAC TRIAC OPTOELECTRONICS FRONT VIEW OF IHE B1138 E 38CiF0 BOARD T S
8. Y BASIC OP AMP CONFIGURATIONS Ze 4 J e2 SM1 I 3 RS Les om 2 R4 Ss Rt V A a HO R11 ge 44 y Y ONLY SWITCH 4 CLOSED V CH1 GND OSCILLOSCOPE FIG 2 THE ASTABLE MULTIVIBRATOR 15C4F2 3 2 L oscillateur Pont de Wien La Fig 3 montre le sch ma de cet oscillateur inclus dans l unit didactique L amplificateur op rationnel fonctionne avec deux lignes de contre r action l une positive et l autre n gative La contre r action positive est maximale la fr quence f 2rRC Gvecun facteur de 1 3 Pour faire osciller le circuit le gain d termin par la ligne de contre r action n gative doit tre plus grand de 3 Le potentiom tre P5 d termine le gain Un r glage du gain excessif r duit la lin arit de l onde de sortie Les deux diodes Zener limitent l amplitude de sortie en r duisant progressivement le gain Cela am liore aussi la lin arit et la stabilit du fonctionnement R16 10K C7 hi OUTPUT y U2 LF347 L R14 15K R30 15K C8 10K FIG 3 THE WIEN BRIDGE OSCILLATOR ESC3F3 3 3 L oscillateur en quadrature La Figure 4 montre le sch ma de l oscillateur en quadrature int gr dans l unit didactique
9. Rig CE gt MEASURE DIRECTLY 2K2 1 RT Loge 1 Re 100K Vi R7 15V 220 R8 100K n 03 BC337 Ve y ON BOARD 2 VARIABLE V SOURCE e FIG 16 CIRCUIT TO MEASURE THE h PARAMETERS E2C1F16 Tout d abord on doit tablir les points de fonctionnements en courant continu Brancher un voltm tre ou un oscilloscope pour mesurer la tension Collecteur Emetteur du transistor Ajuster la source de polarisation de base pour la valeur Ve souhait e par exemple une valeur gale la moiti de la tension d alimentation Mesurer la chute de tension aux bornes de R7 R16 et calculer le courant de collecteur Mesurer la chute de tension aux bornes de R8 et partir de cette valeur calculer le courant de polarisation de base l Le param tres h que nous allons mesurer sont r f r s un point de fonctionnement unique Vee l et lp 1 3 1 Admittance de Sortie h La Figure 17 sert comprendre la signification de h Ic Ice 1c 1 Alc hoe AT CONSTANT Ig AVce CE CE1 CE2 FIG 17 OUTPUT CHARACTERISTIC OF THE TRANSISTOR AND METHOD OF CALCULATION OF hoe E2C1F17 Afin de mesurer ce param tre nous cr ons des petites variations de la tension Vc autour du point de repos en courant continu et mesurons la modification r sultante du courant de collecteur Fig 18
10. om 05 BDH93 Q6 IRF740 Lu a d 5 oe ttt gt HO D FET O E o e SEC R10 le ISK 04 ZN Lu a D Z D s Ed Frs d ttt FEF HoE ttt S 245 c MOSFET Lu 04 2N3819 B Lu e P1 4K7 E P1 ett Rit T O 1M5 E DARLINGTON E o x B1138 E2 TRANSISTOR CHARACTERISTICS CARACTERISTIQUES DES TRANSISTORS LL E2C1F8 1 2 Caract ristiques de sortie d un transistor Le but du groupe d exercices suivant est d afficher d enregistrer et d tudier les caract ristiques de sortie d un Transistor NPN dans les configurations CE Emetteur commun et CB Base commune l aide d un oscilloscope 1 2 1 Emetteur commun La Figure 10 montre l arrangement D1 OSCILL AC E e e gt GND R7 220 J R16 Y 21 2k2 R8 100K gt itp Q3 BC337 ON BOARD VARIABLE Az V SOURCE 0 5V AC e 9 e gt X V FIG 9 TEST SETUP TO RECORD THE CE OUTPUT CHARACTERISTIC E2C1F9 Un G n rateur de courant alternatif fournissant environ de 12 15 Vrms est connect aux bornes de D1 et R16 Une demi onde positive redress e appara t donc aux bornes de R16 Le courant de collecteur traverse R7 et la chute de tension correspondante est affich e sur le canal Y de l oscilloscope en tant que mesure du c
11. lee 1 TO 3 OPEN enti chi 4 9PEN NO HYSTERESYS CLOSED HYSTERESYS ON CH1 GND OSCILLOSCOPE FIG 21 THE COMPARATOR 12CF21 La performance du comparateur peut tre am lior e dans la r gion de transition en connectant une r sistance pour fournir une r troaction positive De cette fa on une HYSTERESIS est d velopp e dont la valeur est d termin e par le rapport entre les r sistances R7 et R de la fig 21 L exercice consiste r aliser le sch ma propos dans la fig 21 et puis d essayer ce circuit en observant la sortie lorsque la diff rence de tension l entr e est faite changer en agissant sur P1 et P2 La m me observation peut tre r it r e pour le cas dans lequel une r troaction positive ainsi que l hyst r sis ont t introduites en fermant l interrupteur 4 de R7 Pour pouvoir afficher la tension diff rentielle d entr e il est possible d utiliser un instrument portatif tel qu un voltm tre digitale batterie Vous pouvez aussi utiliser la sonde de l oscilloscope CH1 alternativement sur les deux entr es pour r aliser la m me mesure 1 14 Multivibrateur astable Ce paragraphe pr sente une int ressante application non lin aire des amplificateurs op rationnels directement apparent l utilisation de ce dispositif en comparateur comme a t montr dans le paragraphe pr c dent La fig 22 pr sente le circuit
12. e e e FIG 15 THE DUAL STAGE AMPLIFIER Note Un condensateur bypass C3 non montr dans la Fig 15 peut tre connect en parall le R4 pour augmenter le gain de l amplificateur ou peut tre laiss d branch Les deux cas doivent tre examin s 2 MULTIVIBRATEURS A TRANSISTORS 2 1 Circuit bistable La Fig 1 montre les principes du circuit bistable 15V R10 R15 PK R11 2K2 I 47K Q4 R14 as BC337 47K BC337 R12 R13 100K 100K e FIG 1 BASIC BISTABLE CIRCUIT CONFIGURATION E3CZF 1 Le bistable est constitu d un amplificateur double tage couple en continue dont la sortie est ramen e sur l entr e du premier tage Le d phasage de 180 introduit par chaque tage fait que le signal ramen en entr e est d phas de 360 par rapport l entr e ce qui fait que la contre r action est positive Si les conditions de polarisation en continu analyser sont correctes l un des deux tages doit tre en saturation tat ON et l autre l tat de blocage tat OFF Pendant que l un des tages est l tat ON l autre se trouve l tat OFF Ce circuit poss de donc deux tats et pour cela on l appelle un BISTABLE La premi re partie d exp rimentation consiste en le montage du circuit de la fig 1 et essayer sa capacit de bistable A la mise sous te
13. SOS FIG 9 LAMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL Vo V Kc ISO RD Rc RB RB Il peut tre facilement montr par des calculs que si R R RAR l expression ci dessus devient Vo M v 5 B C est dire le signal de sortie n est plus d pendant des valeurs absolues de V V mais seulement de leur diff rence C est ainsi que fonctionne un amplificateur diff rentiel Le sch ma de la Fig 10 est la traduction pratique de celui de la Fig 9 P1 et P2 sont utilis s pour fournir des tensions continues au 2 entr es de l amplificateur Pr parer l amplificateur pour un gain unitaire en s lectionnant RA et R9 Pourtant RI R4 R6 RY 100KO D abord s assurer que les gains et sont comme donn par les deux termes de l quation pour V donn ci dessus comme suit R gler les curseurs de P1 et P2 pour exactement OV sur les deux entr es La sortie de l amplificateur doit tre aussi OV R gler PT pour 1V Mesurer V et calculer le gain de l entr e inverseuse la sortie R gler P1 OV nouveau et P2 pour 1V Mesurer la nouvelle V et calculer le gain de l entr e non inverseuse la sortie Donner des r glages al atoires pour P1 et P2 V rifier que la sortie de l amplificateur n est pas satur e Si c est le cas r ajuster P1 ou P2 Mesurer la tension diff rentielle d entr e en d pla ant la sonde CH1 de l oscilloscope d une entr e l autre
14. R16 2k2 VRu Y R7 CH 15V 220 25V n R8 100K d e 03 BC337 Wee Vp ON BOARD c2 VARIABLE 1004 V SOURCE 25V e 2 e C FIG 18 TEST SETUP TO MEASURE hse ON BOARD SINEWAVE GENERATOR Ee ciFis Cela sera fait courant de base constant A ce propos un condensateur est plac entre la base et la masse La variation de Vc est tablie par un g n rateur sinusoidal r gl pour un signal de 1 Vpp mesurer et enregistrer la fr quence qui est dans la gamme de 500 1 5KHz fixe Par cons quent AV 1Vpp 0 35Vrms Calculer Alc par l indication rms d un Voltm tre c a aux bornes de R7 divis e par R7 2200 Calculer h e comme le rapport de Alc et Vc 1 3 2 Imp dance d entr e h Figure 19 sert comprendre le sens de h In i B Ver zk ie Auer M AT Alp A Vge1 II Vers VBE CONSTANT VcE FIG 19 INPUT CHARACTERISTIC AND METHOD OF CALCULATION OF hi E2CIF19 Ce param tre sera mesur en cr ant des petites variations du courant de base et en mesurant la variation cons quente de Vor Cela sera effectu Vc constante Pour assurer cela le condensateur C3 est plac entre le collecteur et la masse Fig 20 1 15V R18 10K R8 100K Ce 1 9 9 V ON BOARD 2 VARIABLE V SOURCE R16 2K2 R7 220 HH Q3 BC337
15. c3 m 100p 25V 25V ON BOARD M J SINEWAVE GENERATOR e FIG 20 SETUP TO MEASURE hie E2C1F20 R gler le g n rateur sinuso dal pour 1Vpp 0 35Vrms Mesurer et enregistrer la fr quence du g n rateur fixe Mesurer AV avec un Voltm tre c a La valeur mesur e est en g n ral une valeur efficace Calculer Al en mesurant la chute de signal sur R8 et en divisant par R8 100Ka Calculer h comme le rapport de AV et Al 1 3 3 Gain en Courant bh La Figure 21 sert comprendre le sens de ce param tre Vee K Aic hee 7 AT CONSTANT VcE P A TB FIG 21 TRANSFER CHARACTERISTIC OF THE TRANSISTOR AND METHOD OF CALCULATION E2C1F21 Le mesure est effectu e en appliquant un signal sinusoidal 1Vpp 0 35Vrms 1KHz environ l entr e de base voir Fig 22 Mesurer Al en observant la chute de tension aux bornes de R8 divis e par R8 Le signal du courant de collecteur est mesur partir du signal de tension aux bornes de la r sistance R7 divis par R7 Calculer h par le rapport de Alc et Als R16 2k2 fi gt R7 V DEN 220 I 15V p NN E R18 10K Y R8 100K e Q3 BC337 ce 199 vo 25V ON BOARD c3 VARIABLE SE ON BOARD 1004 V SOURCE SINEWAVE BOY GENERATOR k FIG 22 SETUP TO MEASURE THE he PARAMETERS E2C1F22 1 3 4 Contre r action Sortie E
16. 100K Go H 100K Doe 100K H Do t N BC327 N BC337 BC337 R2 R4 3K3 1K IAEA I LIT LIT LIT F R9 Su s xb Sm 2 sts 150 2H ai T S Stee 100u a Blo ol el d x AA 25v 1 Di E JO SN SJ A sli su al ESC a ce c3 11 11 11 11 11 1 P 11 IT 11 1 Iesel 05 BDA93 Q6 IRF740 06 O c O D D c D FET B G ie 04 ZN 2 e s rr Ch Ert rec 8 4 219 c MOSFET B P1 4K7 E T LN R11 Y 1M5 DARLINGTON E ENS B1138 E2 TRANSISTOR CHARACTERISTICS CARACTERISTIQUES DES TRANSISTORS FTP PRACTICAL S ETUP FOR THE SCHEME OF FI G 1 EeciFe Les figur
17. 1e0KpF E E ES Construire le diagramme vectoriel qui devrait rassembler celui de la Fig 14 C I Ve Va rM Ve Ipfe le V L FT Ga A V rifier que toutes les valeurs sont coh rentes galement avec les valeurs de XL Xc mesur es dans l exercice pr c dent figures 5 et 6 4 2 Puissance en courant alternatif Note l ex cution de l exp rience de ce paragraphe n cessite l utilisation de l inducteur L de l unit didactique dont la valeur d inductance n est pas d clar e cause des grandes tol rances r sultant du processus de construction de ce composant L effective valeur de L pour l unit didactique utilis devrait tre mesur e avec la proc dure indiqu e dans le premier exercice du chapitre 4 Cas 1 La Fig 15 repr sente un circuit l mentaire constitu d une r sistance connect e comme charge un g n rateur c a Ce circuit peut tre pr par en utilisant une sortie c a de l alimentation de l unit didactique La tension nominale livr e est 12 ou 24Vca Utiliser comme r sistance de charge par exemple R32 1kO Le g n rateur d livre une sinusoide la fr quence du r seau 50 ou 60Hz Le voltm tre indique la tension efficace ou VALEUR MOYENNE QUADRATIQUE RMS Cette valeur est gale la valeur de cr te de la sinusoide divis e par V2 Il est habituel avec les circuits en courant alternatif d exprimer les tensi
18. 1 CARACTERISTIQUES DES TRANSISTORS 1 1 Connexions des Transistor PNP et NPN Le transistor PNP Les Figures 1 et 2 montrent la configuration de base pour la polarisation continue d un amplificateur transistor PNP Le point de fonctionnement point de repos peut tre tabli en r glant la polarisation de base 15V R1 Ve VA Vg 1K VE D BL te 01 BC327 4K7 R3 100K R10 R2 v 15K 3k3 Re lc FIG 1 DC BIAS POINT OF A PNP TRANSISTOR AMPLIFIER E2C1F1 Consid rons la Figure 1 La courant de base est en g n ral si petit que la chute de tension sur R3 est n gligeable pourtant V est gale V la tension appliqu e au moyen de la source variable bord Puis V V 0 7 0 7 chute de tension sur la jonction PN Par cons quent I V R V 0 7 R Le courant de collecteur est gal pratiquement le courant d metteur de sorte que la tension de collecteur Vc est Vc 15V R 15V R V 0 7 R Supposons que V est soit r gl 3V VE 3V 0 7V 2 3V l 2 3V R 2 3mA Cl Ve R 2 3mA 3 3K 2 3mA 7 6V Ve 15V V V 15 7 6 2 3 5 1V Le Transistor Q1 travaille donc avec un courant de collecteur de 2 3mA et un V de 5 1V FROM THE POWER SUPPLY 15V R1 RS R7 1K aka SMALL SIGNAL 220 PNP AMPLIFIER SETUP NPN AMPLIFIER SETUP PARAMETER MEASUREMENT R3 R6 R8
19. I LT cr P1 10K 9 y U1 LM317 NM d 6u M2 L5v 8y P2 2k2 M2 0L p Lu LOOYNTI vQ IF M2 WT 94 LOOVNT EG H M2 001 Su LOOYNI 2d H TP TP Mg 9 vu LOOFNTI IG H Me X1 u N 9AE 2Z0 Q1 BD139 AE TZ j Di I a H YANAZ 9 H TP BOARD 1 ELECTRONIC FUNDAMENTALS B1138 B1138 E1 TH MS 00T zu x 4 H AZT dv y MS 01 T4 I I ET ET ET ET ET LEIT CET CET TEL DIT p Ct os pas pr rtr3rt1 rti VIEN OF FRONI
20. FIG 4 T TYPE LP FILTER E1C6F4 C C Ro 10KpF 10KpF FIG 5 r TYPE FILTER E1C6F5 Les deux sont des filtres passe haut respectivement du type T et x Les deux filtres sont construits avec la m me cellule LC de base mais organis s autrement Pour les filtres du type consid r l imp dance caract ristique est L Beso BRE Les ports d entr e et de sorties des filtres doivent tre termin s par des imp dances gales l imp dance caract ristique pour que le filtre fonctionne correctement Dans ces conditions fr quence de coupure 3dB pour le filtres est y TE et la caract ristique d amplitude des filtres appara t comme indiqu dans la Fig 6 A 20 logio Vo Vi FIG 6 TYPICAL AMPLITUDE CHARACTERISTIC FOR THE LP FILTERS E1C6F6 Pour les filtres de la Fig 4 et 5 les valeurs des composants sont Ro 1 5Kohm R13 R14 L 10mH L2 L3 C 10KpF 10nF C4 C5 Proc dure Explorer la gamme de 500Hz 100KHz avec le g n rateur en gardant une amplitude d entr e constante de 10Vpp Calculer l att nuation chaque point de mesure A 20logo Vo Vi Tracer les r sultats sur un papier semi logarithmique chelle logarithmique sur l axe horizontal chelle lin aire sur le vertical Marquer sur la Caract ristique d amplitude du filtre le point 3dB et lire la fr quence de coupure Comparer cette valeur la valeur calcul e par la formule
21. R_ YC R p ter pour le second filtre 7 CONVERSION COURANT ALTERNATIF COURANT CONTINU Toutes les exp riences d crites dans ce chapitre utilisent les sources c a disponible dans l alimentation fournie avec l unit didactique Leurs tensions nominales vide sont de 12V ou 14V 7 1 Le redresseur demi onde La Figure 1 montre le simple redresseur demi onde exp rimenter D1 1N4001 E E O CH1 Ve 5 12 TO 16V R3 1K OSCILLOSCOPE O GND FIG 1 THE HALF WAVE RECTIFIYNG CIRCUIT La tension de sortie produite par un tel circuit Fig 2 est pulsatoire d une mani re qu elle n est pas acceptable en beaucoup d applications lectroniques VLOAD 0 FIG 2 WAVESHAPE RESULTING FROM THE HALF WAVE RECTIFIER E1C7F2 La Figure 3 montre le m me circuit muni d un condensateur de lissage D1 1N4007 CH1 Ve 14V ci R3 1K OSCILLOSCOPE A 470uF gt GND FIG 3 HALF WAVE RECTIFIER WITH SMOOTHING CAPACITOR E1C7F3 Note Les condensateurs lectrolytiques doivent tre c bl s en respectant les polarit s correctes Les condensateurs lectrolytiques sont rapidement d truits et peuvent exploser si mal utilis s Pour cette raison les gros condensateurs de l unit didactique C et C7 ont des diodes de protection en parall le qui toutefois n liminent pas compl tement le risque Une inversion se traduirait par un court circuit pl
22. Vu CAD Vata x Ve T e mi f fr FIG 25 Vu tA A Vu max Ve 7 Vu max Vz gt f fr FIG 26 11052526 La fr quence de coupure est celle laquelle l amplitude se r duit par un facteur de Marquer ces points sur les graphiques 4 4 Circuit CR et RC avec signaux d impulsion Les Figures 27 et 28 montrent les circuits l tude SQUAREWAVE 1KHz 5V OSCILLOSCOPE FIG 27 E1C4F27 SQUAREWAVE 1KHz 0 5V OSCILLOSCOPE FIG 28 E1C4F88 Un g n rateur de signal carr applique des impulsions l entr e du circuit l tude et la forme d onde r sultante est analys e au moyen de l oscilloscope En effectuant l exp rience notez les points suivants La fr quence de r p tition des impulsions indiqu e comme 1KHz devrait tre r gl e pour afficher une forme d onde compl te qui devrait appara tre comme dans les Fig 29 et 30 0 632xVg T FIG 29 RESPONSE OF THE RC CIRCUIT E1C4F29 ja Vo FIG 30 RESPONSE OF THE CR CIRCUIT E1C4F30 Choisir une amplitude d au moins 5V pour l onde carr e d entr e Esquisser les formes d onde observ es sur un papier l chelle Calculer la constante de temps T RC puis v rifier que T est gal au temps mis par le signal de l origine pour atteindre 63 296 de l amplitude finale Marquer sur votre forme d onde les temps de Mont e et de Descente d finis comme les temps n cessaires
23. AC MAINS FIG 15 SETUP TO STUDY THE LINEAR INTEGRATED VOLTAGE REGULATOR E1C7F15 La Fig 15 montre le sch ma du circuit chantillon fourni sur la fiche B1138 E1 Cela comprend le Circuit Int gr LM317 et quelques composants suppl mentaires n cessaires pour le fonctionnement Le LM317 travaille en assurant une tension de r f rence fixe et constante de 1 25V entre sa sortie et le terminal de r glage Aussi le courant circulant dans le terminal de r glage est tr s faible et pratiquement n gligeable Le 1 25V fixe aux bornes de la r sistance R12 fait circuler un courant constant en elle et par cons quent dans la r sistance variable P2 Le r sultat est que la tension de sortie est fix e une valeur V donn e par 1 25 Vo R12 P2 o EES Cette tension reste remarquablement constante contre des changements de la charge et de la tension d entr e tandis qu elle peut tre chang e par le r glage de P2 Pour tablir des conditions de charge diff rentes utiliser les r sistances de 1K 4700 et 1000 bord 7 6 Doubleur de tension La Figure 16 montre le circuit l tude La tension sinuso dale est appliqu e entre et B Pendant les demi ondes n gatives D1 conduit et C1 se charge jusqu la cr te de la tension sinusoidale La diode D2 rectifie ce signal et charge C2 la valeur de cr te gale 2V y La tension entre les points C et B appara tra pourtant comme indiqu dans la Fig 1
24. BASIC OP AMP CONFIGURATIONS SN1 3 RS e a gt 2 R4 E Pu R1 A R3 A P1 0 R2 P1 EF OHO R6 d O R13 ooo H2 ND OSCILLOSCOPE FIG 10 THE DIFFERENTIAL AMPLIFIER 12CF10 On assume que P1 et P2 sont les 4 branches d un pont de Wheatstone P1 peu tre par exemple un transducteur de niveau en forme de r sistance variable Lorsque le pont est s rieusement d s quilibr l amplificateur op rationnel peut r sulter en saturation et aucune mesure peur tre r alis dans cette situation Lorsque le pont est voisin de l quilibre la tension diff rentielle peut n cessiter d une grande amplification pour une mesure pratique La r ponse dans ce cas peut celle de fournir le circuit d un s lecteur capable d ins rer des paires de r sistances R8 R3 R9 RA R10 R5 De cette fa on l amplificateur diff rentiel peut tre mis en condition de fonctionner avec des gains de 0 1 1 et 10 respectivement simplement en agissant sur le s lecteur de gamme Plus ou moins comme avec votre oscilloscope 1 11 Correction du d calage OFFSET Le concept de OFFSET n a pas encore t introduit dans cette succession d exp riences Pour le moment une simpl
25. FIG 1B RESISTORS IN PARALLEL EiC2F1B Le courant total est la somme du courant port par chacune d elles c est dire V V vV RI R2 R3 La r sistance quivalente est pourtant BERT PLE RI R2 R3 La Figure 1A montre que la tension totale V se divise sur les r sistances en s ries en proportion directe aux respectives r sistances Il s agit d un Diviseur de tension La Figure 1B montre que le courant se divise en chaque r sistance en parall le en proportion inverse de chacune r sistance II s agit d un Diviseur de courant L exercice consiste mesurer tensions et courants en exemples de circuit s rie et parall le et ensuite calculer la r sistance quivalente 2 1 Circuit s rie Pr parer l appareil comme montr dans la Fig 2 Utiliser R1 R2 et R3 de l unit didactique qui sont des r sistances de respectivement 10 100 et 10000 R gler la tension 15V R3 VS el Re ve 7 I R1 V1 FIG 2 RESISTORS IN SERIES E1C2F2 Mesurer le courant circulant dans la s rie des 3 r sistances 13 5mA Mesurer la tension aux bornes de chacune des 3 r sistances V rifier que V1 V2 V3 15V La s rie des 3 r sistances est donc quivalente une r sistance qui absorbe 13 5mA quand elle est soumise une tension de 15V ses bornes Sa r sistance est pourtant 15V 1110Q ed 13 5mA Cette valeur est gale la somme des valeurs des 3 r sista
26. 09Hz 20KHz Hz 700Hz FINE GROS COARSE FREQUENCE FREQUENCY LABORATORY BREADBOARDING AREA WORKSTATION FOR ANALOG ELECTRONICS D Flectron HBIHIH Di GROS COARSE FINE REGLAGE SORTIE OUTPUT ADJ ALIMENTATION CC VARIABLE VARIABLE DC POWER SUPPLY 0 30V ALIMENTATION CC DC POWER SUPPLY 15 15V ALIMENTATION CA AC PONER SUPPLY 0 12 24V SIGNAL GENERATOR GENERATEUR SIGNAUX I SIN TRIANG TTL SON CARREE FIXED DC OUTPUTS SORTIES CC FIXES CC FEI EET YARIABLE DC QUTPUT SORTIE Cc VARIABLE CH zl AC OUTPUTS SORTIES CA EXPERIMENTAL BOARDS VUE DE FACE DE L UNITE DIDACTIQUE B1138 A2 g1 99 3001 Hugt CT cr so E1BOARD Hu Tr EN SAT AOT v2 M01 via 4 SAT F Ely OLY 3001 H 29 H Iw LOOVNI 9Q0 4 D Flectron ate L1 IeV15 H 99rNI Sqd A gq 5 Ae9 nOLY L H 4 E EES L 21H i Mg eru
27. Ceci consiste en 3 amplificateurs op rationnels dispos s dans une boucle Deux d entre eux sont mis en place comme des int grateurs et donc chacun contribue un d phasage de 90 dans la boucle Le 3 me amplificateur op rationnel est un amplificateur capable de r gler le gain un niveau suffisant pour l oscillation Le potentiom tre P permet ce r glage du gain A noter la pr sence de deux diodes Zener dans la contre r action du 3 me ampli op Ceux ci abaissent le gain en c a de l amplificateur comme leur seuil est atteint contribuant ainsi efficacement la stabilit de l amplitude et la lin arit de la sortie L oscillateur en quadrature prend son nom des sorties des deux int grateurs qui sont des sinusoides d phas es 90 les unes les autres qui apparaissent donc comme des fonctions sinus et cosinus D3 D4 R20 3V6 3V6 3K3 N K SINE COSINE VL c9 C10 1 K R18 iK R19 P4 50K R17 150K 150K 150K O 15 n OUTPUT 9 gt 13 7 8 14 f 10 12 Es U2 LF357 Ue Ur 15 FIG 4 THE QUADRATURE OSCILLATOR ESCSF4
28. Design Production amp Bd d B en NO TIAS IA Trading of y e C j J O n Educational TY YU oe Y S R L Equipment Electron S RL MERLINO MILAN ITALIE Tel 39 02 90659200 Fax 90659180 Web www electron it e mail electron electron it 1138A2E11 doc 05 2012 SOMMAIRE INTRODUCTION SECURITE SECTION EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E1 1 TECHNOLOGIE EN COURANT CONTINU 1 1 Polarit des tensions et des courants continus 1 2 R sistance ohmique 1 3 Loi d Ohm 1 4 R sistance non lin aire la lampe incandescence 1 5 R sistance diff rentielle 1 6 La caract ristique de la diode 1 7 La caract ristique de la diode Zener 2 RESISTANCES EN SERIE ET EN PARALLELE 2 1 Circuit s rie 2 2 Circuit parall le 2 3 Diviseur de tension 2 4 Diviseur de tension charg 2 5 Le potentiom tre 2 6 Pont de mesure de Wheatstone 2 7 Lois de Kirchhoff 2 8 Th or me de Th venin et de Norton 2 9 Th or me de Millman 2 10 Th or me de la Superposition 3 MESURES EN COURANT CONTINU 3 1 Instruments de mesure pour courants et tensions continus 3 2 Le Voltm tre 3 3 L Amp rem tre 3 4 Circuit quivalent d un g n rateur 3 5 Puissance en courant continu Transfert de puissance 4 CIRCUITS R L C EN COURANT CONTINU ET ALTERNATIF 4 1 R seaux R L C en courant alternatif 4 2 Puissance en courant alternatif 4 3 R seaux CR et RC av
29. La Figure 2B r sume les d clarations juste faites pour les polarit s des courants et des tensions dans le circuit l essai FIG 2B POSITIVE SIGN CONVENTIONS FOR VOLTAGES AND CURRENTS IN THE CIRCUIT OF FIG 2A E1C1F2B 1 2 R sistance ohmique Dans le circuit de la Fig 2A et 2B on d finit comme RESISTANCE OHMIQUE de la charge le rapport entre la tension aux bornes de la charge et le courant qui s coule dans elle Dans le circuit de Fig 2A et 2B ces deux variables sont mesur es par l indication des instruments Lire ces valeurs et calculer la r sistance ohmique ou simplement R sistance de la charge comme R 1 3 Loi d Ohm La Figure 3 montre le circuit l mentaire en courant continu qui sera utilis pour cette exp rience FOR E USE THE VARIABLE POWER SUPPLY OF THE TRAINER FOR R USE RESISTOR R3 OF EI BOARD FIG 3 RECORDING THE V I CHARACTERISTIC FOR RESISTOR R E1C1F3 Dans ce circuit le g n rateur repr sente l alimentation r glable fournie avec l unit didactique tandis que R est la r sistance R3 de l unit didactique R gler la tension du g n rateur de 2V 15V par tapes de 1 Volt et enregistrer l indication de l amp rem tre en effet un milliamp rem tre chaque tape Tracer les r sultats dans un graphique qui montre le courant sur l axe horizontal et la tension sur l axe vertical Le graphique devrait rassembler celui de la Fig 4 Ee 12 10 R2
30. o TA von m OO A FIG 7 THE VOLTAGE FOLLOWER 12CF7 V EH E gt GND CH1 OSCILLOSCOPE 1 8 L amplificateur sommateur Figure 8 montre un amplificateur inverseur avec deux r sistances d entr e R1 et R2 SWITCHES ARE TO BE SET AS EXPLAINED IN THE TEXT BASIC OP AMP CONFIGURATIONS ooo H2 a OSCILLOSCOPE FIG 8 THE SUMMING AMPLIFIER 12CF8 Chacune des entr es re oit le signal continu de l un des deux potentiom tres P1 et P2 Le signal de sortie sera R R Vo v E Va E ou R R3 R4 et R5 comme pr d termin par les interrupteurs 1 2 et 3 V rifier cela par des mesures Comme seconde partie de l exp rience remplacer un des potentiom tres avec le g n rateur sinusoidal r gl comme d habitude pour 1Vpp 1KHz Ins rer C1 pour d coupler de la tension continue de la source comme d j expliqu Etudier le fonctionnement de l amplificateur sommateur dans ce cas 1 9 L amplificateur diff rentiel L amplificateur diff rentiel est une combinaison des configurations d amplificateur inverseur et non inverseur d j vues Voir la Fig 9 Le signal de sortie est
31. 1KHZ U1 ome P1 Re lj R13 4 C1 R11 R12 R7 p2 4 1 Ns 3 o n v A SM CO R10 Ser FIG 6 NON INVERTING AMPLIFIER IN AC 12CF6 wGND OSCILLOSCOPE gt CH1 V rifier sur votre circuit que la sortie de l amplificateur sature si aucune de R8 R9 et R10 n est connect e interrupteurs OFF et est imm diatement rendu sa r gion lin aire si l un des interrupteurs est ON S lectionner par exemple R9 Effectuer les m mes observations et mesures de gain sur ce circuit comme on a fait pour l autre cas au paragraphe 1 2 Noter en particulier le d phasage du signal de sortie compar au signal d entr e dans les deux cas Expliquer cela 1 7 Le suiveur de tension Dans la configuration de la Fig 6 avec n importe quelle de R3 ou R4 ou R5 ins r e et R1 d branch e de la masse Le gain devient Alte es R1 Puisque R1 d branch e o V rifier ceci exp rimentalement avec la configuration de la Fig 7 CONNECT ONE OF R3 R4 R5 CONNECT ONE OF R8 R8 R10 TO BIAS THE INPUT BASIC OP AMP CONFIGURATIONS FROM V SINEWAVE GENERATOR e 1Vpp 1KHZ d re OH JUS es Sc ui a 4 IL Cg Il RS N3 4 2 R4 OS Re On Re C1 Rie HO
32. E o8 O O 5 ce 8 c S D D SE Cs FEF EEk 04 2NS819 t MOSFET HE zh R11 1M5 DARLINGTON E BE 4 B1138 E2 TRANSISTOR CHARACTERISTICS CARACTERISTIQUES DES TRANSISTORS FEGA PRACTICAL SETUP FOR THE SCHEME OF FIG 3 Eecir4 Le transistor NPN Les Figures 5 et 6 montrent le c blage et l organisation pratique pour le cas du transistor NPN Ce cas peut tre tudi comme le pr c dent avec les diff rences videntes dans ce qui concerne les polarit s des tensions et les signes des courants 15V A Vi R R5 3K3 e R6 100K E ON BOARD Vc VARIABLE Va Va Ve V SOURCE R4 1K FIG 5 DC BIAS POINT OF AN NPN TRANSISTOR AMPLIFIER E2C1F5 POWER SUPPLY FROM 15V GND
33. EQUIPMENT SETUP TO RECORD THE CEOUTPUT CHARACTERISTIC E2C1F13 L exp rience sera effectu e avec la m me proc dure que pour la pr c dente On utilise la source de 12 15Vca disponible dans l unit didactique Connecter initialement une source fixe de 15Vcc au lieu de la source c a indiqu e dans la Fig 13 R gler le g n rateur de polarisation de l metteur de mani re avoir une valeur pratique du courant d metteur Commencer avec des polarisations mod r es et augmenter sans d passer 30mA en tout cas Remplacer la source c c avec la source c a un comme montr dans la Fig 13 Afficheur la caract ristique Vcl sur l oscilloscope Augmenter le courant d meteur l tape suivante puis r p ter l enregistrement de la caract ristique Vcg Tracer les r sultats sur un graphique qui devrait rassembler l un de la Fig 14 I CA LINEAR AREA SATURATIO Vcg CUT OFF Ic f Veg IgsK FIG 14 TYPICAL CB OUTPUT CHARACTERISTIC E2C1F14 1 3 Param tres petits signaux Le but de l exercice est de mesurer les param tres h d un amplificateur transistors en configuration metteur commun La Figure 15 montre le transistor et son circuit quivalent h fer lb e e Jr e FIG 15 CE TRANSISTOR AMPLIFIER AND ITS EQUIVALENT CIRCUIT E2C1F15 La Figure 16 montre le circuit l essai qui sera utilis pour l exercice
34. propos e dans le chapitre 1 comme une application de base des amplificateurs op rationnels Elle est reprise ici dans le but de regrouper toutes les exp riences concernant la g n ration de signaux dans un chapitre unique ce chapitre 3 pour plus de commodit de l utilisateur de ce manuel La Fig 1 est le circuit tudier Son fonctionnement est le suivant RS R6 R7 FIG 1 THE MULTIVIBRATOR 15C4F1 Ne tenez pas compte pour le moment de R5 et Cl Le reste est un comparateur avec hyst r sis La sortie passe haut ou bas quand la tension de l entr e est inf rieure ou sup rieure de la tension de l entr e Supposons que V soit initialement haut une tension V Un courant circule travers R5 pour charger C1 La tension sur C1 augmente au point o le comparateur commute un niveau bas Cela se produit lorsque R6 R6 R7 M Mia Vout Avec V bas une tension V a C1 se d charge travers R5 au point d une nouvelle commutation en haut de la sortie R6 R6 R7 Vi Vy Vout et le cycle se r p te ind finiment La forme d onde livr e la sortie du circuit est un vaste onde carr e La Figure 2 montre la mise en place pratique de l exp rience y ONLY SWITCH 3 CLOSED
35. rentes valeurs de R mesurer le courant et la tension sur la charge et calculer la puissance dans la charge Tracer la courbe puissance dans la charge en fonction des valeurs de R pour obtenir un graphique comme celui de la Fig 15 V rifier que le transfert de puissance maximum est pour R 4K7 E RL 1K FIG 13 FOR THE DEFINITION OF DC POWER TRANSFER E1C3F13 FIG 14 CIRCUIT WITH A VARIABLE LOAD E1CSF14 RLOAD 0 4K7 10K FIG 15 PLOT OF PONER TRANSFERRED TO THE LOAD VERSUS LOAD RESISTANCE E1C3F15 4 CIRCUITS R L C EN COURANT CONTINU ET ALTERNATIF Dans cette exp rience nous tudions le comportement des composants r sistifs inductifs et capacitifs quand ils sont utilis s dans les circuits en courant alternatif Les Figures 1 2 3 montrent trois circuits l mentaires chacun comprenant un g n rateur et une charge r sistive ou inductive ou capacitive Les trois circuits l essai peuvent tre mis en place en utilisant les composants de l unit didactique EO ve ue FIG 3 La source de signal utilis e est un g n rateur sinusoidal de basse fr quence r glable dans la gamme d au moins 20Hz 100kHz et O 10Vpp Pour chacune des configurations de test de la Fig 1 2 3 le g n rateur sera successivement r gl pour les fr quences suivantes 50 100 200 400 800 1600 3200 6400 Hz 12 8KHz 25
36. s du Pont de Wheatstone La Figure 8 repr sente le Pont A AT BALANCEMENT Vas 0 R1 R2 R3 R4 R1 R3 VsuPPLY d Vas lt E J Ae eB R2 R4 FIG 8 THE WHEATSTONE BRIDGE E1c2F8 Le pont est dit EQUILIBRE quand Va VB c est dire O V R2 VERA RI R2 P R3 RA4 VA D ici avec un peu de passages math matiques nous obtenons la condition pour l quilibre du pont RI R3 R2 R4 L quation nous montre ce qui suit La condition d quilibre VA g O0 une fois tablie se maintient quelle que soit la tension d alimentation Changements d rives erreurs dans la tension d alimentation n affecteront pas les r sultats et les mesures effectu s sur un pont quilibr Si l une des 4 r sistances du pont quilibr est inconnue elle peut tre calcul e connaissant la valeur de l une des autres et le rapport des deux autres Gr ce aux deux propri t s qu on vient d exprimer le Pont de Wheatstone dans une infinie vari t de formes est probablement l un des circuits plus utilis s en lectronique Dans cette exp rience nous examinerons ces propri t s en pratique Pr parer un circuit d essai comme le montre la Fig 9 E 10V 5 TO 15V 10K FIG 9 MEASUREMENT OF R2 E1C2F9 On utilise ici les R sistances R2 1000 R3 1kQ et le potentiom tre P1 10kQ Regler l alimentation variable pour une valeur initiale de 10V Connect
37. 12 see k 2x s a ca w 8 8 pee fee Pe ee Pee fe s e em w s 8 rew3 osk sok sk 25 m s os w 8 eu s oec Ec E EET ES TI vss 12k 2 s Ls 3 ee w s s kw o os po tere press sok took isok so so s 3 o w s s Cou wok 200 300k wok sox s 3 om w s 5 DC WT935G Group A 1 LS 1M 5 Grupo 2k 2k 5 3 ow 3 3 7 cer ONE ORE GRECE ele lo es SHARP PT481 PT481F PT483F1 PT481 PT481F Rees PT483F1 E Features E Outline Dimensions Unit mm 1 Epoxy resin package 2 Narrow acceptance A6 Typ 13 3 High sensitivity le MIN 1 SmA at E 0 1mW cm PT481 PT483F1 le MIN 0 9mA at E 0 1mW cm PT481F 4 Visible light cut off type PT481F PT483F1 5 Long lead pin type PT483F1 B Applications 1 VCRs cassette tape recorders 2 Floppy disk drives 3 Optoelectronic switches 4 Automatic stroboscopes it bue trar rent resin Visible light cut off resin black B Absolute Maximum Ratings Ta 25 C Te 260 O Colector 1 Far 3 seconds at the position of 1 4mm fram the Visbie light cut off resin black bottom face of resin package E Electro optical Characteristics Ta 25 C Parameter Coll Vee 2V p mA Collector ce 2V current E 0 ImW cm 27 m 4 0 mA Vcr 10V Ee 0 I 2 5mA Ee I
38. 15V V 5 057 Vc 1 076V Vp 8 867 Ainsi que 15 5 057 1 076 8 867 0 R p ter pour les boucles B et C EN ME VA Vp R8 4K7 He R3 1K 15V 3 O lt n o C eo lt e VD R9 47K y Mo COUPE cr Niasi e R4 10K FIG 11 CIRCUIT TO STUDY THE 2nd KIRCHHOFF LAW E1C2F11 2 8 Th or mes de Th venin et de Norton Le sens et les possibilit s offerts par ces th or mes dans l analyse des circuits seront explor s l aide d un exemple de probl me Consid rons la Fig 12 qui repr sente un circuit lectrique Supposons d tre int ress s pr dire les tensions et les courants en R2 pour beaucoup de valeurs diff rentes de cette r sistance de charge Nous pourrions r soudre le probl me avec l analyse ordinaire des circuits Lois de Kirchhoff par chaque valeur de R9 ou utiliser une m thode plus efficace comme suit Le trait en pointill dans la Fig 12 entoure les parties du circuit qui restent inchang es quand R9 prend des valeurs diff rentes R9 semble reli e au r seau renferm dans la ligne en pointill travers les bornes A et B re s SS IN R9 47K we 15V FIG 12 SAMPLE NETWORK TO STUDY THEVENIN AND NORTON THEOREMS E1C2F18 Le Th or me de Th
39. DBEDU 8 Calculer comme exercice la r sistance diff rentielle de votre lampe 2 4 6 8 10V La d finition de r sistance diff rentielle peut appara tre peu maniable et pas tr s utile ce point du cours toutefois le concept r apparaitra souvent quand on traite de signaux dans les circuits lectroniques Pour le moment il suffit que l tudiant prenne possession de l id e et comprenne le principe 1 6 La caract ristique de la diode La diode est un dispositif deux bornes dont la caract ristique essentielle est de conduire dans une direction seulement Plus pr cis ment la caract ristique typique d une diode appara t comme dans la Fig 9 Les aspects principaux de cette caract ristique sont les suivants I DIRECT BIAS 2 VBREAKDOWN 4 Vg APPROX 0 7V REVERSE BIAS FIG 9 TYPICAL DIODE CHARACTERISTIC E1C1F9 Une tension de seuil dans la zone de conduction directe er quadrant de la Fig 9 Le seuil est typiquement 0 6 0 7V pour diodes au Silicium et 0 1 0 2V pour diodes au Germanium Une caract ristique de conduction tr s raide c est dire une basse r sistance diff rentielle dans cette zone Une caract ristique inverse pratiquement plate jusqu un point o la destruction du dispositif peut se produire La tension inverse de claquage peut varier pour diff rents types de diodes de tr s peu de dizaines de volts plusieurs milliers de volts Le claquage in
40. E5 La Figure 2 montre le circuit tudier ay R5 1M R4 100K B1 R1 100K P1 Q R3 10K Be T T FIG 2 INVERTING AMPLIFIER TO STUDY Le potentiom tre P1 l entr e du circuit B1 fournit le signal d entr e Vi Le signal de sortie sera disponible entre B2 et MASSE La r sistance de contre r action sera s lectionn e par un des commutateurs 1 2 et 3 La Figure 3 montre la r alisation pratique du m me amplificateur de test Notez les points suivants Un c ble enfichable met la masse l entr e non inverseuse La r sistance R2 qui porte l entr e inverseuse de l ampli n est pas utilis e dans cette exp rience et donc la prise correspondante est mise la masse pour viter de capter du bruit Tester le circuit comme suit Connecter l oscilloscope double trace avec CH1 sur la prise d entr e B1 et CH2 la sortie sur B2 Afficher les deux traces 1V cm Aligner soigneusement le niveau z ro des deux traces sur la ligne m diane de l oscilloscope Fermer l interrupteur 2 et ouvrir tous les autres commutateurs y compris ceux associ l entr e Le gain attendu de l amplificateur est R4 R1 V rifier cela en s lectionnant des tensions d entr e Vi de 1 2 3 et 4V puis 1 2 et 3V et lire les valeurs correspondantes de Vp Ouvrir l interrupteur 2 et fermer l interrupteur 1 R p ter les mesures que ci dessus Enfin faire la m me chose avec l interru
41. EMITTER V BASE 1 FIG 4 MAVESHAPES FOR THE CIRCUIT OF FIG 1 38C1F4 1 3 Le SCR Le Redresseur au Silicium Command SCR est un dispositif 3 bornes indiqu par le symbole de la Fig 5 GATE CATHOD FIG THE SCR SSCIFE L Anode A et la Cathode K ont des fonctions similaires celles d une diode ordinaire mais la conduction de l anode la cathode est contr l e par les conditions lectriques appliqu es la borne de la g chette GATE Pour faire fonctionner le SCR conduction Anode Cathode une tension positive doit tre appliqu e entre A et K La conduction n aura pas lieu avant qu une impulsion positive de D clenchement Firing est appliqu e entre G chette et Cathode Le SCR conduit brusquement et devient pratiquement un court circuit pour le courant circulant de A K Une fois allum le SCR ne peut pas tre coup sauf en interrompant le courant A K c est dire en supprimant la tension A K Il y a plusieurs param tres standards d fini pour le SCR Les plus couramment utilis s sont les suivants Tension Anode cathode de cr te dans la condition OFF Une tension plus lev e peut d truire le dispositif Tension inverse Cathode Anode de cr te Comme ci dessus Courant moyen de conduction directe maximale Ce param tre refl te essentiellement la capacit du dispositif dissiper la chaleur g n r e par le courant de conduction Coura
42. Les COURANTS sont affich s ou mesur s par des AMPEREMETRES qui sont des dispositifs r v lant par une indication appropri e le mouvement d un pointeur le passage du courant d une de ses bornes l autre La Figure 1 montre un circuit lectrique l mentaire E Ri 100 FOR E USE THE ADJUSTABLE POWER SUPPLY AND SET IT TO 1 5V FIG 1 AN ELEMENTARY DC CIRCUIT E1C1F1 La Figure 2A montre le m me circuit avec un Voltm tre et un Amp rem tre pour afficher respectivement la tension du g n rateur et le courant fourni la r sistance de charge FIG 2A CONNECTION OF AMMETER AND VOLTMETER INTO THE CIRCUIT OF FIG 1 E1C1F2A Pour mettre en place le circuit de la Fig 2A notez les points suivants Regler l alimentation 0 30Vcc 1 5V Preregler le Voltm tre pour mesurer des tensions continues 2 5V pleine chelle Pr d termin l Amp rem tre pour 250mA c c pour mesurer le courant Attention un amp rem tre doit tre connect en s rie avec le conducteur o le courant doit tre mesur Mettre un amp rem tre en parall le une source de tension est une erreur qui d habitude a pour r sultat la destruction imm diate du m me Utiliser RT 10Q comme r sistance de charge Ins rer l instrument dans le circuit respectant les polarit s indiqu es en Fig 2A Cet exercice l mentaire montrera quelques faits de base sur les circuits lectriques Une tension existe
43. Ptango Dans le circuit l tude mesurer les courants et tensions puis calculer P Q Py 4 3 R seaux CR et RC avec signaux sinusoidaux Les Figures 23 et 24 montrent les circuits l tude C 100KpF FIG 23 R 1K e e O ME CO 100KpF e e FIG 24 Les deux circuits tudier sont respectivement des cellules passe haut et passe bas L exercice consiste maintenant enregistrer la caract ristique d amplitude des deux cellules dans la gamme de fr quence de 20Hz 100kHz Tracer les r sultats sur un graphique ayant pour l axe des fr quences une chelle logarithmique et marquer les fr quences de coupure Afin de proc der consid rer les notes suivantes Effectuer les mesures fr quences opportun ment situ es entre la gamme 10Hz 100kHz par exemple 100 200 300 400 600 800Hz 1KHz 2K 3K 4K 6K 8K 10K 20K 30K AOK 60K 80K 100KHz Maintenir constante l amplitude de la tension d entr e par exemple 10Vpp afin de simplifier les calculs R ajuster le g n rateur chaque tape si n cessaire pour maintenir une amplitude constante Une fois rassembl es les donn es calculer l att nuation chaque point de mesure par la formule A 20logio t3 1 Puis tracer les donn es sur un papier semi logarithmique axe horizontal logarithmique en graphiques qui devraient rassembler ceux des Fig 25 et 26
44. R23 R28 10K DE Re9 23 gt C19 D hook m R27 10k H ro s _ 3v ro sks r20 Ze fou SE 5 Hei lnee SO c5 10u 25V v le F Bvel Hos ZSV 3 L x 10K le 1K c16 z c7 40K 9 d3K3 R15 3vel 4 go 5 Diva E zm L nt gu Rsofisk 10K FR16 150K R19 Bu CS 19K TER LRas EE 2 E c11 10K 330 c15 3 L E Re14 3k3 15K Re4 R17 150K 158KFR18 220K C14 c9 Lik iK C10 22 68K Tp EE SIN cos 83 10 OUT frg rs Nd Cour ZE nnm HP FILTER CH BP FILTER FILTRE PASSE HAUT FILTRE PASSE BANDE E B1138 E5 OPERATIONAL AMPLIFIERS AMPLIFICATEURS OPERATIONELS FRONT VIEN O THE B1138 E BOARD ESBOARD 1 CONFIGURATIONS DE BASE DES AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS 1 1 Le module didactique Un Amplificateur op rationnel est un Cl qui a un gain en boucle ouverte tr s lev si lev qu il peut pratiquement tre consid r comme infini Un Amplificateur Op rationnel a un couplage interne en courant continu et pourtant il a une bande passante s tendant du courant continu ses limites en haute fr quence Dans ce chapitre les configurations de base des amplificateurs op rationnels seront examin es dans la pratique On utilisera le bloc BASIC OP AMP CONFIGURATIONS de la carte B1138 E5 L image de ce module est reproduite dans la Fig 1 avec les valeurs des composants ajout s pour la facilit d utilisation BASIC OP AMP CONFIGURA
45. Re UP TO 2MHz En A ui e 4 R11 R12 R7 e Fox re ae 4 1 e 3 y m pt 2 ALL SWITCHES OPEN v R8 se Go o e cre gt GND OSCILLOSCOPE gt CHI FIG 24 BANDWIDTH MEASUREMENTS 12CF24 La gamme de fr quence de 10kHz 2MHz doit d abord tre balay e pour d terminer la localisation du point de coupure apr s cela des mesures plus pr cises doivent tre r alis es dans un intervalle r duit La fr quence de coupure est celle laquelle le gain diminue d environ 3dB partir du centre de la bande Une fois mesur e cette fr quence pour les deux cas il faut calculer les valeurs du produit largeur de bande gain et les v rifier 1 17 Imp dance de sortie A partir du cours de th orie il est connu qu un amplificateur op rationnel a une imp dance de sortie qui est pratiquement z ro ohm l int rieur d un large intervalle Ce dernier nonc l int rieur d un large intervalle signifie que ceci est vrai que un amplificateur op rationnel a une valeur d imp dance de sortie voisinant le z ro mais il n est pas vrai qu il peut supporter un courant de valeur infinie lorsque par exemple sa sortie est court circuit e Il y a des dispositifs int rieurs pour limiter la surcharge de la sortie lorsque la valeur du courant d passe des valeurs typiques compris entre 5 et 20 mA pour la plupart des amplificateurs op rationnels Avec cette exp rience on doit prouver que la tension
46. Triac Exemple d application d un Diac et un Triac dans un syst me de contr le de puissance c a Fig 1 montre le sch ma du module didactique Pe AG 610 100k R9 T0805NH 470 2W R6 2K7 e A2 AP DIAC NEN as e R8 47 Es ae Al FRONT VIEW OF 03 A Y 47K 10K e FIG 1 OUTLINE OF THE MODULE 38C2F1 2 2 Le DIAC Le Diac est un dispositif deux bornes compos de jusqu 5 zones de semi conducteur dop NPNPN Cette structure du dispositif d termine la caract ristique de la Fig 2 FIG 2 DIAC SYMBOL AND CHARACTERISTIC 38C2Fg La caract ristique est sym trique par rapport aux axes basses tensions le Diac appara t pratiquement comme un dispositif ouvert car il laisse passer seulement un courant de dispersion de quelques microamp res Quand la tension appliqu e aux bornes du Diac atteint la valeur de seuil typiquement autour de 5V le dispositif se d clenche et montre une r sistance n gative Dans la pratique les Diacs sont utilis s pour la commande d allumage de dispositifs de puissance plus grande comme les SCR et les Triacs 2 3 Le TRIAC La Figure 3 montre le symbole et la caract ristique du Triac FIG 3 THE TRIAC SYMBOL AND CHARACTERISTIC 38C2F3 Le premier quadrant de la caract ristique rassemble celui d
47. V pour 10V En enregistrant l indication du cadran placer le potentiom tre en position interm diaire de 0 10 20 30 100 puis mesurer pour chaque r glage la tension de sortie Vo V rifier la relation lin aire entre les angles et les tensions La Figure 7 montre une autre m thode d utilisation du potentiom tre comme une RESISTANCE VARIABLE o FIG 7 USE OF THE POTENTIOMETER AS A VARIABLE RESISTOR Quand on utilise les potentiom tres de cette mani re noter que le courant augmente jusqu un maximum quand le curseur du potentiom tre est r gl pour un minimum de r sistance c est dire vers l extr mit inf rieure du potentiom tre dans la Fig 7 Le courant ne doit pas d passer la valeur maximale pour le potentiom tre Calculer cette valeur maximum comme suit Puissance nominale du potentiom tre 0 25W Valeur de la r sistance 10kQ P 0 25W R I puis lux 5mA 2 2 P then Vmax 50V R 10KO Avec la configuration de la Fig 7 le courant maximal en Ry est V Rr Cette valeur doit tre inf rieure 5mA pour viter de d truire le potentiom tre R gler le g n rateur pour 10V et utiliser comme RT la r sistance R4 10kQ Mesure et enregistrer la tension de sortie en fonction de l angle 2 6 Pont de mesure de Wheatstone L unit didactique comprend les quipements pour exp rimenter les propri t
48. cos ER 2IN Y OUT ere cia RT Hour rat ett HP FILTER 10u BP FILTER FILTRE PASSE HAUT 25V FILTRE PASSE BANDE NEA B1138 E5 OPERATIONAL AMPLIFIERS AMPLIFICATEURS OPERATIONELS D a E RONT VIEW 0 H B1138 ES BOARD ESBOARD SECURITE L tudiant doit tre inform sur les proc dures g n rales du laboratoire d lectronique avant d tre autoris travailler sur cette unit didactique En particulier les r gles suivantes doivent tre observ es Ne pas enlever le capot arri re Cela expose l utilisateur aux tensions secteur Quand on planifie une exp rience toujours s assurer que les valeurs nominales des composant ne sont pas d pass s et que les connexions sont faites correctement Les r sistances surcharg es peuvent surchauffer et entrainer des risques de br lures et ou d incendie Les condensateurs lectrolytiques peuvent exploser si c bl s avec la polarit erron e Les condensateurs plus grands de cette unit didactique sont prot g s contre ce risque par des diodes en parall le avec eux Ces dispositions liminent le risque d explosion mais exposent au danger d un court circuit Ne jamais laisser l appareil sans surveillance quand l unit est sous tension Toujours d brancher le cordon d alimentation quand l unit didactique n est pas utilis e En effectuant les exp riences faire toujours attention l odeur des composants s
49. enregistr pour elle une Caract ristique V I rassemblant celle de la Fig 7 reprise ci dessous V volt I mA FIG 7 V I PATTERN FOR THE INCANDESCENT LAMP E1C1F7 Puisque la caract ristique n est pas lin aire on peut dire que la r sistance du dispositif change de fa on continue chaque point de la caract ristique c est dire R R V Nous devons pourtant raffiner l g rement notre d finition pr c dente de r sistance comme un rapport de V I dans l une des deux fa ons suivantes Supposer que la lampe soit aliment e une certaine tension par exemple 10V Dans ces conditions la lampe absorbe disons 50mA La lampe apparait comme une r sistance de 10 50 200Q ce point seulement Si nous dessinons la caract ristique V I pour une r sistance de 200 dans le m me graphique de la Fig 7 sur verra que les deux caract ristiques se croisent au point de coordonn es 10V 50mA voir Fig 8A I m4 0 50 FIG 8A DC EQUIVALENT RESISTANCE AT 10V OPERATION E1C1F8A Supposer que la lampe soit aliment e 10V et absorbe 50mA Nous changeons la tension d alimentation 11V et nous mesurons un nouveau courant de par exemple 58mA voir la Fig 8B V volt I mA 1107 111 50mA 58mA FIG 8B DEFINITION OF DIFFERENTIAL RESISTANCE AT 10V E1C1F8B On d finit RESISTANCE DIFFERENTIELLE de la lampe 10V le rapport 1250 Roir ES 011 10 A AChE ES
50. entre les bornes d un g n rateur et elle est mesurable par un Voltm tre Un courant circule quand un g n rateur est ferm sur une charge et il est mesurable par un Amp rem tre 1 1 Polarit des tensions et des courants continues Se r f rer encore la Fig 2A Le deux bornes d un g n rateur de courant continu sont conventionnellement indiqu es par un PLUS et un MOINS Un courant POSITIF sort de la borne positive du g n rateur passe travers la charge et entre dans la borne du g n rateur Puisque un courant peut tre consid r comme un mouvement de charges positives lectriques on peut dire que le G n rateur est un dispositif capable de g n rer internement des charges positives de sa borne sa borne gr ce un m canisme interne que nous ignorons pour le moment De la m me mani re nous pouvons red finir une r sistance de charge comme capable de laisser circuler des charges positives internement de sa borne sa borne Les bornes et pour une charge positive sont identifi es par la polarit de la tension appliqu e aux bornes ce qui est tabli par le g n rateur au Une charge passive comme la r sistance utilis e dans le circuit de la Fig 2A ne prend aucune part la d termination des polarit s des tensions et des courants dans le circuit Si l on connecte la r sistance avec les bornes chang es rien ne changerait
51. la charge substantiellement agit comme un filtre passe bas supprimant l ondulation superpos la tension continue Cette derni re appara en effet remarquablement plate L1 N 12 TO 17VAC Q on TS e 470uF HH 470uF H 1K v DIODE BRIDGE e FIG 10 CIRCUIT UNDER STUDY Q SCFL1IO 7 3 Le r gulateur Diode Zener Le type plus simple de r gulateur lectronique utilise une diode Zener pour fixer la tension de sortie une valeur gale la tension de claquage de la Diode Zener Un circuit de r gulation de ce type est montr dans la Fig 11 AC MAINS FIG 11 FULL WAVE RECTIFIER AND ZENER DIODE REGULATOR E1C7F11 Le redresseur pleine onde fournit des impulsions de charge qu condensateur de filtrage dans chaque demi cycle Entre les impulsions la charge compos e de R7 R3 et de la Diode Zener absorbe du courant du condensateur La tension du condensateur Vc 1 par cons quent a la forme d onde montr e dans la Fig 12 Vc CAPACITOR VOLTAGE Vz ZENER BREAKDOWN VOLTAGE VOLTAGE ON R7 FIG 12 WAVESHAPES FOR THE CIRCUIT OF FIG 11 E1C7F12 Id alement l action de r gulation de la Diode Zener se pr sente comme suit Tant que Vc est assez grand la diode claqu e en laissant une chute de tension fixe ses bornes gale V Les variations de Vc produisent des variations dans le courant travers R7 qui sont absorb es p
52. la source plus positive que la Grille tenue la masse en c c Cela est n cessaire pour polariser correctement l amplificateur Appliquer une source de signal appropri e par exemple une sinusoide de 100mVpp 1KHz Afficheur la fois les signaux d entr e et de sortie sur l oscilloscope double trace Mesurer et enregistrer les valeurs cr te cr te et calculer le gain par le rapport des deux Enfin comparer ce gain avec le gain attendu 3 TRANSISTOR DE PUISSANCE DARLINGTON La Fig 1 montre le sch ma d un amplificateur utilisant un transistor Darlington II s agit de deux transistors Q5 1 et Q5 2 dont le premier a l metteur connect la base du second Le courant de base de Q5 2 est gal au courant d metteur de Q5 1 Le gain en courant global de cette combinaison courant d metteur de Q5 2 par rapport au courant de base de Q5 1 est gal au produit des gains en courant des deux transistors et est donc tr s lev Les deux transistors Q5 1 Q5 2 et la diode D sont fabriqu s sur une puce de silicium unique La diode D provient du lay out de construction du transistor Elle est parfois utilis e comme une diode flyback quand le Transistor Darlington doit commuter des charges inductives 15V R17 3K3 R19 100K 05 1 ZSD 05 2 ON BOARD VARIABLE V SOURCE R14 470 FIG 1 THE DARLINGTON AMPLIFIER E2C3F1 4 TRANSISTOR MOSFET DE PUISSANCE La Fig 1 montre un transistor MOS
53. le g n rateur pour par exemple 1kHz et 10 Vcc R 1K Io L FIG 7 FIG 8 Mesurer Vp Vi Vc puis dessiner un diagramme vectoriel comme celui de la Fig 8 et v rifier par le calcul que Ve V Ve Mesurer par un Amp rem tre c a le courant dans la boucle puis v rifier que Vg R I Avec les r sultats de l exercice pr c dent lire sur le graphique de la r actance inductive en fonction de la fr quence Fig 5 la valeur de X 1kHz puis v rifier que VL L Etape 2 Repeter la proc dure ci dessus pour le circuit de la Fig 9 avec les diff rences videntes Le diagramme vectoriel devrait appara tre comme celui qui illustr la Fig 10 1K SE tr 100K pF FIG 9 FIG 10 Etape 3 Pour le circuit de la Fig 11 mesurer VR VL VC puis construire le diagramme vectoriel Fig 12 et v rifier que Vi Vc Vg Vg V A R 1K I j VR IQ 5 V ly Vc VL G Le RG 1 KpE V Vc EE L4 here Mesurer par un Amp rem tre c a le courant de boucle et v rifier que Vi Xu Vc Mel Vs RI Noter que X et Xc peuvent tre obtenues des graphiques vous avez trac dans l exercice pr c dent Fig 5 et 6 Etape 4 Pour le circuit de la Fig 13 mesurer le courant et la tension du g n rateur puis le courant dans chacune des trois branches R ue e 1K L
54. le g n rateur pour les fr quences choisies et pour une amplitude constante de 10Vpp travers toute l exp rience La tension de sortie Vo est enregistr e chaque tape de mesure Tracer les r sultats dans un graphique qui devrait rassembler celui de la Fig 5 Sur ce graphique marquer la fr quence correspondante l amplitude maximale et comparer cette valeur la valeur pr vue fo V Sur le m me graphique dessiner une ligne horizontale une hauteur de SCH E intervalle de fr quence f2 f est la BANDE PASSANTE B f5 fi Le rapport entre la fr quence de r sonance et la bande passante est le FACTEUR DE QUALITE f SUE FIG 5 EXPECTED RESULTS FOR THE EXPERIMENT E1C5F5 6 FILTRES PASSIFS 6 1 Vue d ensemble Le circuit l tude comprend des composants qui seront utilis s pour mettre en place quelques configurations de base de filtres Ces composants sont les suivants C4 C5 10KpF L2 L3 10mH R13 R14 1 5KO Les configurations de filtre qui seront exp riment es sont Passe bas type T Passe bas type TI Passe haut type T Passe haut type Tt 6 2 Filtres passe bas passifs Les filtres que nous tudions sont repr sent dans les Fig 1 et 2 FIG 1 T TYPE LP FILTER E1C6F1 Ro a EME Ro G zb c ks ve 10K pF 10K pF e Ri 0 FIG 2 rm TYPE LP FILTER E1C6F2 un Les deux sont des filtres passe bas respect
55. le paragraphe 1 de ce chapitre C4 10KpF R4 10KQ R3 1KO Calculer la fr quence de r sonance pr vue Choisir une gamme de mesure de 1 d cade au dessous 1 d cade au dessus de la fr quence de r sonance fg pr vue puis s lectionner 10 valeurs de fr quence pratiques au sein de cet intervalle pour faire les mesures Chaque mesure consiste r gler le g n rateur pour les fr quences choisies et pour une amplitude constante de 10Vpp travers toute l exp rience La tension de sortie Vo est enregistr chaque tape de mesure Tracer les r sultats dans un graphique qui devrait rassembler celui de la Fig 3 Sur ce graphique marquer la fr quence correspondante l amplitude maximale et comparer cette valeur la valeur pr vue fo Vmax 42 Sur le m me graphique dessiner une ligne horizontale une hauteur de L intervalle de fr quence f2 f1 est la BANDE PASSANTE B f f Le rapport entre la fr quence de r sonance et la bande passante est le FACTEUR DE QUALITE Q fo B FIG 3 EXPECTED RESULTS FOR THE EXPERIMENT E1C5FS 5 3 Circuit r sonant LC s rie La Figure 4 montre le sch ma du circuit tudier Le but est d enregistrer la courbe de r sonance de mesurer la fr quence de r sonance la bande passante et le facteur de qualit R3 1K Li G SINEWAVE 10Vpp OSCILLOSCOPE FIG 4 CIRCUIT UNDER STUDY E1C5F4 De la th orie nous savons que d
56. metteur commun Mesure de la R sistance d entr e Amplificateur metteur commun Mesure de la R sistance de Sortie Bande passante de l Amplificateur metteur commun Etage de Puissance Fonctionnement de l amplificateur de puissance distorsion de croisement Mesure de la r sistance de sortie Amplificateur plusieurs tages Le module comprend Un amplificateur transistor Q1 qui peut tre configur comme un amplificateur EMETTEUR COMMUN CE ou comme un amplificateur COLLECTEUR COMMUN CC Le point de repos courant continu peut tre r gl au moyen de P1 Un tage de puissance compos d une paire de transistors compl mentaires Q2 et Q3 qui peut tre mis en cascade au premier tage d amplification 1 2 Amplificateur metteur commun Choix du Point de polarisation Le but de cet exercice sera la mesure et la v rification du point de fonctionnement en courant continu de l amplificateur transistor aussi appel point de polarisation ou point de repos en courant continu Le sens de Coupure et de Saturation sera galement examin ainsi que l influence du point de repos en courant continu sur l tendue maximum du signal de sortie C bler le circuit comme indiqu dans la Fig 2 puis proc der comme suit 15V A EE gt P 1 R3 R1 1 au RP R4 cs FIG 2 S
57. source l oscilloscope SECTION III EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E3 Tous les composants sont nomm s par les m mes symboles tels qu ils apparaissent dans le sch ma et les arrangements exp rimentaux de ce manuel Afin de mettre en place une exp rience l tudiant devra localiser chacun des composants de la carte dans le sch ma par son nom puis effectuer les connexions n cessaires La disposition du circuit est montr e dans l image ci dessous 15V K K y c5 ii Ze 100uF ole m o 25V ep EI ES Sr ales TPL 4 a 1 47K c2 2 N di ca 1 uF e 25V 470uF P1 z B 16V Th ER a M NON PoL 7 E TP TP d 2 Il I ct r TP Ya c4 1 D gt SE 3 L foes te N 01 86337 T aT e O a GER Y C1 al S 10uF TP TI 25V 2 ES lt lt le c3 olx
58. tudier Son fonctionnement est le suivant R5 En O R7 FIG 22 THE MULTIVIBRATOR Ne faite pas attention pour l instant R5 et C1 Rappelez bien qu il s agit d un comparateur avec hyst r sis La sortie commute en niveau haut ou bas chaque fois que l entr e se trouve une tension plus haute ou plus basse par rapport l entr e On assume que V soit initialement un niveau haut une tension Nal Un courent circule travers R5 pour charger C1 La tension de celui ci augmente jusqu au point o le comparateur commute un niveau bas Ceci arrive lorsque R6 R6 R7 Ve V4 Vout Avec V commut bas une tension V a C1 se d charge travers R5 tel point qu un autre cycle est initi R V out R64 R7 Vi Y De cette fa on le cycle est repris ind finiment La forme d onde fournie par la sortie du circuit est une ample onde carr e La Figure 23 montre le sch ma de montage du circuit pour r aliser l exp rience 7 ONLY SWITCH 3 CLOSED BASIC OP AMP CONFIGURATIONS Ke Y 4 J C2 i 3 RS 2 R4 d V 1 U1 H 9 R11 R7 FO as y v
59. 0K 1 5Kn LOAD V V NO LOAD I LOAD LOAD FIG 26 CALCULATION OF THE OUTPUT IMPEDANCE RESISTANCE 1112F26 2 FILTRES ACTIFS 2 1 Le filtre passe bande actif La Fig 1 montre la configuration du filtre de l unit didactique Il s agit d un filtre actif avec des lignes de r troaction doubles R24 15K i C15 9 c13 339pF E 68K P 8 R25 15K i O OUTPUT INPUT U3 C14 220K FIG 1 THE BAND PASS FILTER E5CZF 1 L essai de ce circuit consiste enregistrer sa caract ristique d amplitude Cela se fait en appliquant son entr e un signal sinusoidal avec une amplitude constante fr quence variable dans la gamme de 100Hz 50KHz Voir la Fig 2 pour le c blage pratique Il est recommand de faire une premi re exploration de cette gamme dans le but de d terminer l emplacement de la cr te et de s lectionner un niveau d entr e qui permet un fonctionnement du filtre lin aire et sans saturation Il est pr vu qu une amplitude d entr e de moins de 100mVpp suffira Une fois d termin l emplacement de la cr te il est aussi possible de d cider quelles tapes de fr quence on r alise les mesures en consid rant que le dessin des donn es enregistr es doit tre fait sur un axe des fr quences logarithmique A chaque tape de mesure v rifier et r gler l amplitude d entr e si n cessaire Enregistrer la fr quence et la tension de
60. 100n I ma 02 4 6 8 10 12 FIG 4 GRAPH OF THE V I CHARACTERISTIC FOR 100 OHM AND 1K OHM RESISTORS E1C1F4 Notez les points suivants Le courant augmente quand la tension augmente Sila tension double par exemple de 5V 10V le courant double aussi de 5 mA 10 mA On peut dire que dans notre circuit l essai les tensions et les courants sont Proportionnels En d autres termes leur rapport est une constante Cette constante de proportionnalit s appelle RESISTANCE et est indiqu e par le symbole R V I R Loi d Ohm La r sistance est mesur e en Ohms Q La r sistance d un Ohm est celle d un composant qui laisse passer 1 Amp re avec une tension de 1 Volt ses bornes Si le c blage du circuit l essai est modifi en rempla ant R avec R2 de l unit didactique 100 et les mesures sont r p t es on obtient un graphique similaire au pr c dent voir la Fig 5 seulement la pente de la ligne change Pour tensions de 5V et de 10V nous obtenons maintenant des courants de 50 et 100mA EN 15 10 R2 100n I mA 9 50 100 150 FIG 5 V I CHARACTERISTIC FOR R2 E1C1F5 Ce qui a chang dans les deux cas est le composant que nous avons utilis comme charge pour le g n rateur Ces deux composants ont diff rente RESISTANCE Les composants eux m mes s appellent RESISTANCES car ils sont fabriqu s pour fournir des valeurs donn es du Rapport V I Calculer partir des r sultat
61. 17 Puisque nous avons deux sources de puissance dans ce circuit nous devrons calculer deux s ries de valeurs de chutes de tension et ou de courants pour les deux sources s par ment voir la Fig 18 FIG 18 RESULTING CIRCUITS SHORTING E1 AND ES E1C2F18 Quand on redessine le circuit pour analyse s rie parall le avec une seule source toutes les autre sources de tension sont remplac es par des fils courts circuits et toutes les sources de courants avec des circuits ouverts interruptions Puisque nous avons seulement des sources de tension dans notre circuit exemple nous allons remplacer chaque source inactive avec un fil En analysant le circuit avec seulement l alimentation 15V d abord et ensuite avec seulement l alimentation 8V nous obtenons les valeurs suivantes pour tension et courant El E2 Seulement Seulement Va 1 14V 1 30V 11 0 014A 0 001A 12 0 013A 0 013A 13 0 001A 0 014A Quand on superpose les courants et les tensions du soin doit tre utilis pour consid rer la direction et la polarit Nous obtenons V 1 14 1 30 2 44V 11 0 014 0 001 0 013A I2 0 013 0 013 0 026A 13 0 001 0 014 0 013A Comme exercice pratique configurons le circuit de la Fig 18 en utilisant la source fixe de 15V source fixe et la source variable r gl e pour 8V Mesure les courants et les tensions et comparer les r sultats avec les valeurs calcul es 3 MESUR
62. 2 80139 Lu jam o o gt R8 479uF S 47 9 De A ikiz 1N4148 2Vop Ay L as R9 9 SINEMAVE BD140 220 1W R6 22K e e gt GND FIG 13 TEST SETUP FOR THE POWER AMPLIFIER ESCiF13 1 8 Mesure de la R sistance de sortie Avec la configuration de la Fig 13 r gler l entr e pour environ 2Vpp 1KHz D brancher la r sistance R9 220Q et mesurer la valeur de cr te cr te da la tension de sortie vide V Connecter la r sistance R9 220Q et mesurer la valeur de cr te cr te de la sortie charg e V Calculer la chute de tension sur la r sistance de sortie Rg de l amplificateur voir Fig 14 comme diff rence entre Vu V Calculer la r sistance de sortie Ro de l quation suivante r soudre pour Ro Va V V R9 Ro Ro O O lt A INPUT CG Vu R R9 H O O lt FIG 14 EQUIVALENT CIRCUIT OF THE POWER AMPLIFIER TO MEASURE THE OUTPUT IMPEDANCE E3C1F14 1 9 Amplificateurs plusieurs tages Dans la plupart des applications pratiques les exigences de imp dance d entr e gain bande passante imp dance de sortie ne peuvent pas tre satisfaites par un tage d amplification unique Il est pourtant habituel de concevoir des amplificateurs plusieurs tages dans lesquels chaque tage est con u pour ex cuter une fonction sp cifique L tage d entr e est d habitude con u pour adapter corre
63. 38 E4 Les sujets d tude permis pour ce module sont Le transistor unijonction Le SCR Contr le de puissance c a avec SCR a e e lt s e ES al P1 R RS Q2 TNY612 i 470 470 L amp 2M ER AKT SS dE B DE ES Q2 K A G R S S 01 81 7 FRONT VIEW OF 02 aS gt S e R4 220 CH YAN EC R3 22K 100 e FIG 1 OUTLINE OF THE MODULE 38C1F1 1 2 Le transistor Unijonction Le Transistor Unijonction UJT est un dispositif 3 bornes principalement utilis dans des applications concernant les appareils industriels et de contr le de puissance Contrairement aux transistors ordinaires qui ont un Emetteur une Base et un Collecteur l UJT a un Emetteur et deux Bases La borne de commande est l metteur Quand la tension metteur B1 est z ro l UJT est bloqu et le circuit B1 B2 a une imp dance lev e Quand la tension metteur B1 d passe un certain seuil positif la r sistance interne entre E et B1 descend brusquement et le dispositif devient pratiquement un court circuit entre E B1 et B2 B1 Comme un exemple d application de l UJT nous allons tudier le circuit oscillateur montr dans la Fig 2 15V P1 er 1M R2 470 R1 4K
64. 4 Qs BC337 BC337 R14 47K C 00 100uF FIG 6 MONOSTABLE CIRCUIT ESC2F6 En condition normale Q4 conduit gr ce R12 qui lui fournit le courant de base Le collecteur de Q4 est une tension basse ce qui maintient Q5 bloqu au moyen de R11 Quand le bouton est press Q5 va en conduction et sa tension de collecteur descend d env 15V env OV Cette transition n gative est ressentie par la base de Q4 travers R14 et C8 En cons quence le collecteur de Q4 monte d environ OV 15V et cela renforce la conduction de Q5 Comme le temps passe C8 tend se d charger jusqu au point o Q4 n est plus tenu la coupure La tension de collecteur de Q4 tend baisser et ceci porte Q5 en tat de coupure Quand enfin PB est lib r la situation revient l tat initial Noter que PB n est pas mont sur la carte et est donc pr voir en externe En alternative un morceau de fil avec les extr mit s d nud es peut tre utilis la place SECTION IV EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E4 Tous les composants sont nomm s par les m mes symboles tels qu ils apparaissent dans le sch ma et les dispositions pratiques ce manuel Afin de mettre en place une exp rience l tudiant devra localiser chacun des composants de la carte dans le sch ma par son nom et ensuite faire les connexions n cessaires La disposition du circuit est montr e dans l image ci dessous
65. 5 Amplificateur non inverseur Le lay out pour cette exp rience est montr dans la Fig 5 CONNECT R3 R4 R5 TO SET THE GAIN LEAVE R7 R8 R9 R10 CUT OFF SWITCH OPEN BASIC OP AMP CONFIGURATIONS J C2 Il RS rs mo R7 CH CH1 OSCILLOSCOPE FIG S THE NON INVERTING AMPLIFIER GND 12CFS Le but de cette exp rience est de prouver que le gain de l amplificateur est sque RI o R R3 RA et R5 selon lequel commutateur est activ Notez les points suivants Examiner les figures 3 et 4 Ici la r sistance d entr e R2 tait mise la masse pour viter de capter le bruit Cela n a aucune influence sur le fonctionnement puisque le ampli op avait l entr e virtuellement mise la masse et donc aucun courant ne circulait en R2 Maintenant Fig 5 l entr e porte la tension d entr e l amplificateur travers R L entr e n est pas la masse virtuelle et R2 la masse a une influence sur le fonctionnement des amplificateurs Nous pouvons faire deux choses e D brancher R2 et laisser le flotter Le gain sera na RI e Laisser R2 la masse Le gain sera A 1 where R R1 R2 p S lectionner le gai
66. 6KHz 51 2KHz L amplitude sera maintenue 10 Vcc r ajust e chaque tape si n cessaire A chaque tape enregistrer le courant Enfin tracer les r sultats dans des graphiques qui devraient rassembler ceux des Fig 4 5 6 Utiliser pour l axe horizontal fr quence une chelle logarithmique R A gt f 50 FIBI XL f 50 FIG 5 XC 0 50 FIG 6 Calculer la capacit C et l inductance L 100Hz avec la formule suivante X JoL X where 2nf and J 1 R p ter l op ration pour par exemple 10KHz Observer que tandis que les valeurs pour C calcul es 100Hz et 1OKHz sont substantiellement similaires les valeurs pour L montrent une plus grande diff rence Cela est d la caract ristique d pendante de la fr quence des mat riaux magn tiques 4 1 R seaux R L C en courant alternatif Les Figures 7 9 11 13 montrent 4 exemples de r seaux l mentaires en courant alternatif que nous tudierons dans cette exp rience Ce sera fait en utilisant les composants fournis avec l unit didactique Pour l inductance L on devrait utiliser la valeur obtenue de l exercice du paragraphe pr c dent Les valeurs de L pour diff rentes unit s didactiques peuvent diff rer significativement cause des grandes tol rances dans le processus de construction de ce composant Proc der comme suit Etape 1 Pour le circuit de la Fig 7 r gler
67. 7 C1 470p De R10 2K2 SN Ve CH1 12 TO 17VAC Ge OSCILLOSCOPE FIG 16 THE VOLTAGE MULTIPLIER E1C7F16 Afin d tudier le circuit connecter le comme montr dans la Fig 16 puis tudier les formes d onde aux points de mesure diff rents avec l oscilloscope et mesurer les tensions Enfin d brancher la r sistance de charge R10 Le condensateur C2 n est donc plus d charg entre chaque cycle d onde et la tension de sortie appara t comme une tension continue dont la valeur est deux fois la cr te de la tension sinuso dale 2 x 14V x 1 41 39 48V pour le cas o la tension d entr e Vg est 14Vca Vg Vg gt t Vc 2Vy VM Vax1 41 gt 5 t Voe A FIG 17 WAVESHAPES AT THE VARIOUS POINTS OF THE CIRCUIT E1C7F17 SECTION II EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E2 Tous les composants sont nomm s par les m mes symboles tels qu ils dans le sch ma et les dispositions pratiques ce manuel Afin de mettre en place une exp rience l tudiant devra localiser chacun des composants de la carte dans le sch ma par son nom et ensuite faire les connexions apparaissent n cessaires La disposition du circuit est montr e dans l image ci dessous
68. 7 Be E 01 2N2640 d S ER R3 22K p 100 FIG 2 OSCILLATOR WITH UNIJUNCTION TRANSISTOR 38C1F2 Le fonctionnement de l oscillateur est le suivant Supposons C1 initialement d charg Q1 est bloqu et aucun courant pratiquement ne circule dans le circuit B1 B2 Cl se charge travers P1 et R1 jusqu au point o la tension E B1 atteint le seuil de d clenchement L UJT est allum et B1 B2 pratiquement devient un court circuit pour le temps pris par C1 se d charger dans la jonction E B1 Une fois C1 est d charg l UJT est coup et un nouveau cycle est lanc La Figure 3 montre le c blage pratique du circuit tester Les diodes D1 et D2 n ont pas de fonction dans ce circuit d application mais elles sont pr vues pour une utilisation dans un essai suivant 15V NOT CONNECTED Ss e Zz el CH nx P1 R2 RS 1 470 470 L 2M R 1 4K7 ES e S s ZE E CHEN LAS O CH1 IS o El EI C GND 2 FIG 8 PRACTICAL SETUP FOR THE TEST 38C1F3 A l aide de oscilloscope double trace examiner de pr s les formes d onde au bornes E et B1 de l UJT Dessiner les formes d onde pour une utilisation dans une exp rience suivante avec le SCR Leur aspect devrait tre comme montr dans la Fig 4
69. ES EN COURANT CONTINU 3 1 Instruments de mesure pour courants et tensions continus L instrument de mesure de base pour courant continu se compose d une bobine de fil mince immerg e dans un champ magn tique dont les lignes de flux ont une g om trie appropri e Quand un courant circule dans la bobine une action m canique est g n r e tendant maximiser le flux intercept par la bobine La force m canique est contrast e par un ressort et le mouvement de la bobine est une indication de l intensit du courant L instrument de base est construit dans une vari t de formes mais son principe est toujours le m me et le plus important pour notre tude maintenant est que cet instrument est un MICROAMPEREMETRE Les instruments de type industriel sont normalement construits pour une d viation pleine chelle avec 10 20 50 100uA 3 2 Le Voltm tre Afin de transformer le microamp rem tre de base en un Voltm tre une r sistance doit tre ajout e en s rie Avec cette exp rience nous allons d abord mesurer la r sistance interne d un voltm tre et ensuite apprendre comme tendre la gamme de mesure d un voltm tre Se r f rer la Fig 1A SEN T 2 5V F S FIG 1A CONNECTION OF THE VOLMETER E1C3F1A Ici le testeur portable de l unit didactique est r gl pour mesure de tension continue 2 5Vcc pleine chelle et est connect la sortie variable de l alimentation Cette derni re est ajus
70. ETUP TO STUDY THE DC BIASING OF THE CE AMPLIFIER ESCIF2 R gler P1 autour de sa position m diane Voir la modification cons quente de Vc Cela se produit puisque P1 change le courant de base de QT et son tour les courants d metteur et de collecteurs l l ball Un courant de collecteur variable d termine une chute de tension variable aux bornes de la r sistance de charge R3 D placer P1 ses positions extr mes correspondant la saturation V 0 et la coupure Vee Ved Commencer avec la coupure Mesurer Vc et la chute de tension aux bornes de R3 Ce dernier chiffre devrait tre tr s faible ce qui signifie que seulement un courant n gligeable circule dans le transistor bloqu Marquer le point de coupure sur le graphique de la Fig 3 repr sentant la caract ristique du transistor D placer P1 pour atteindre la saturation Mesure Vc puis la chute aux bornes de R3 et partir de ces valeurs calculer le courant de saturation Marquer ce second point sur le graphique de la Fig 3 point de saturation SATURATION CUT OFF FIG 3 DRAWING THE LOAD LINE FOR THE TRANSISTOR AMPLIFIER E3C1F3 Tracer une ligne droite entre les deux points marqu s sur la Fig 3 C est la Ligne de Charge Statique de l amplificateur transistors R gler P1 une position interm diaire de mani re avoir une Vc d environ 15V 2 Ne d placez pas P1 pour le reste de l exercice Mesurer Vc nouveau et l
71. EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E3 1 AMPLIFICATEURS A TRANSISTORS 1 1 Vue d ensemble 1 2 Amplificateur Emetteur Commun Choix du point de polarisation 1 3 Amplificateur Emetteur Commun Mesure de la R sistance d entr e 1 4 Amplificateur Emetteur Commun Mesure de la R sistance de sortie 1 5 Bande passante de l Amplificateur Emetteur Commun 1 6 Etage d amplification de puissance 1 7 Fonctionnement de l amplificateur de puissance distorsion de croisement 1 8 Mesure de la R sistance de sortie 1 9 Amplificateurs plusieurs tages 2 MULTIVIBRATEURS A TRANSISTORS 2 1 Circuit Bistable 2 2 Bistable avec capacit s d acc l ration 2 3 Fonctionnement du circuit bistable en mode bascule 2 4 Circuit Astable 2 5 Circuit Monostable SECTION IV EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E4 1 SCR AND UJT 1 1 Vue d ensemble 1 2 Le Transistor Unijonction 1 3 Le SCR 1 4 Contr le de puissance c a avec SCR 2 DIAC AND TRIAC 2 1 Vue d ensemble 2 2 Le DIAC 2 3 Le TRIAC 2 4 Contr le de puissance c a avec DIAC et TRIAC 2 DISPOSITIFS OPTOELECTRONIQUES 3 1 Vue d ensemble 3 2 Donn es techniques SECTION V EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E5 1 CONFIGURATIONS DE BASE DES AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS 1 1 Le module didactique 1 2 Param tres des amplificateurs op rationnels 1 3 Amplificateur inverseur 1 4 Amplificateur in
72. Ed x r IM m UN UN oour Fa 25V TP 2 9 K K K ev 15V LD2 NK LD1 Gel C8 CH LD2 RED 3 i E 1000 esv L RED 63 de es il Zo d Hoss ale d d a 25V C6 1K C7 1K TP TP El e ATK Rit ze Els R14 04 i 05 BC337 BC337 TP TP ev TP B1138 E3 TRANSISTORS FRONT VIEW OF THE B1138 E3 BOARD ESBOARD 1 AMPLIFICATEURS A TRANSISTORS 1 1 Vue d ensemble Pour tous les exercices et les exp riences de ce chapitre on utilisera l amplificateur transistors montr dans la figure suivante qui se trouve bord de la carte B1138 E3 15V cs E Gg Dis 25v TP ATK v R3 3K3 o a 0Q2 BD139 C4 c3 si 100uF 29V 22K TP el E s A 470uF P1 25V X 16V Y ER aT OO Clau 1 TP TP d 2 ci d Ke z rh ol c4 3 1 Re D SI 01 BC337 E aT e a z C1 WE T E 16 PE alt s H SR alt Er 25V ale tle 3 o cx c x e e e e B FIG 1 THE TRANSISTOR AMPLIFIER MODEL E3C1F1 Ce module permet les sujets d tude suivants Amplificateur metteur commun Etablir le Point de polarisation Amplificateur
73. F3 Le Fonctionnement de ce circuit est le suivant Les diodes D3 et DA appliquent l impulsion au transistor bloqu Les impulsions sont g n r es suivant une pression sur le bouton poussoir PB la capacit C10 est initialement d charg e et se charge travers R16 Ce qui g n re une impulsion de d clenchement pour D3 et D4 Quand PB est rel ch C10 se d charge travers R16 et R17 et un nouveau cycle est pr t R alisez une tude fonctionnelle du basculement du circuit en explorant les formes d onde aux divers points du circuit avec l oscilloscope quand le Bouton Poussoir est actionn plusieurs reprises Le g n rateur de signaux carr s du pupitre peut tre utilis au lieu du PB pour produire des impulsions r p t es Le g n rateur devrait tre r gl uniquement pour impulsions positives d amplitude de 0 15V 15V R10 R11 R16 R17 eke C6 PK 4K7 4K7 1 N N t T oI D3 R11 47K D4 C19 1N4148 1 1N4148 1K FUNCTION GENERATOR C7 1K 1 SQUARENAVE La a 04 R14 os BC337 BC337 ul CH1 O u R12 R13 2m 100K 100K Se env 20 o 9 e e FIG 4 THE BISTABLE AS A FREQUENCY DIVIDER BY 2 E3CZF 4 R gler la fr quence de r p tition la valeur plus basse permise par le g n rateur pour laisser que le g n ra
74. FET ayant une r sistance de 150Q comme charge dans son circuit de Drain Les caract ristiques principales des MOSFET de puissance sont les suivantes R sistance d entr e de Grille tr s lev e et une capacit d entr e relativement lev e Le circuit grille source est souvent consid r comme quivalent un condensateur pur Le dispositif conduit pour les valeurs positives des tensions grille source Puisque l utilisation du MOSFET de puissance est comme un interrupteur d alimentation on applique la grille en g n ral une tension de 10 20V pour saturer l interrupteur ou de 0 20V pour le couper La tension drain source la saturation est remarquablement faible typiquement de 0 1 0 3 V ce qui aide maintenir bas le gaspillage de puissance sur le dispositif La diode entre Source et Drain est une diode parasite r sultant de la construction Elle n a pas en g n ral des caract ristiques de flyback excellentes pour les charges inductives et pourtant une diode rapide externe est ajout e en parall le lorsque c est le cas gt CH1 15V R9 150 CN OSCILLOSCOPE e gt CH2 AO Sm Li IRF 7 12V T PULSED p R11 GND SIGNAL 1M5 INPUT FIG 1 TEST LAYOUT FOR THE POWER MOSFET E2C4Fi Le MOSFET de puissance peut tre exp riment en appliquant une onde carr e de 12V sur sa grille et en observant la tension drain
75. K7 390K 3K9 LIKS FRB ce E Jj 1M Re 100p INPUT 196KFR4 J100K ns LINE R7 U1 OUTPU O s SET e S COMPARATOR ul P1 LED a z SUE o lt 1P1 4K7 tc a Es See SN E o O L E ES GE e 25V Sa I I y D f a P1 e FIG 1 FRONT VIEW OF THE TRAINING MODULE ARE 38CSF 1 M172 PHOTO SENSITIVE DEVICES PHOTOCELLS gt V SUPPLY 12 TO 15V abs EF D1 Li iou 1N4002 R8 R1 R2 R3 R7 ce 1K5 4K7 390K SK9 1M5 ieep A B INPUT 2 LED 8 RED U1 e LM2903 g p1 2 z 4K7 3 4 2 o E R5 100K R6 1M s ZK S S E 2 n f PHOTODIODE FIG 2 38C3F2 SCHEME OF THE TRAINING MODULE 3 2 Donn es techniques Photoconductive Cell VT900 Series PACKAGE DIMENSIONS inch mm 144 3 86 270 3 78 1 38 3505 164 4 17 090 0 29 162 41 15 AWG 24 TINNED H COPPER LEADS 1 CEN nm y 192 44 88 110 2 7 PLASTIC COATED TO IN LEAD DIA amp PLASTIC COATING PROTECT ACTIVE SURFACE NOT CONTROLLED WITHIN 10 12 5 OF CERAMIC SUBSTRATE ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Cantinuous Power Dissipation Py 60 mW Derate Above 25 C APp AT 16 mwrc Temperature Range Operating and Storage Ta 40 to 75 c ELECTRO OPTICAL CHARACTERICTICS 25 C 16 hrs light adapt min L1 Resistance Ressem e Om ONCE t KE Response Time 1 fc EE NEN lux FA fc ms typ EE NEN K FA K Part t Number D MT pk Rise 1 1 e Fall 18 sov ek
76. Mesurer la tension de sortie avec CH2 Tirez vos conclusions Deuxi me partie de l exercice D brancher le cavalier de la prise du curseur de P2 et connecter le dans la prise de P1 Balayer P1 d un bout l autre La sortie de l amplificateur reste OV puisque la tension diff rentielle d entr e reste nulle Troisi me partie de l exercice R p ter les observations d j faites apr s l insertion d autres paires de r sistances R10 R5 et ensuite R8 R3 Juste pour un essai ins rer une paire in gale par exemple R10 et R3 Calculer et mesurer les gains de l amplificateur inverseur et non inverseur Expliquer pourquoi l amplificateur ne fonctionne pas maintenant comme un amplificateur diff rentiel SET R4 AND R9 BY SETTING THE RELEVANT SHITCHES BASIC OP AMP CONFIGURATIONS ooo H2 nm OSCILLOSCOPE FIG 10 THE DIFFERENTIAL AMPLIFIER 12CF10 1 10 L amplificateur changeur d chelle Quelque fois il est utile de donner l tudiant une indication d une application pratique possible du circuit qu il est en train d tudier et celui ci est bien le cas Pour commodit la Fig 10 se r p te ici SET R4 AND R9 BY SETTING THE RELEVANT SWITCHES
77. O pe m ONLY SHITCH 4 CLOSED V R8 sue CH1 FIG 23 THE ASTABLE MULTIVIBRATOR GND OSCILLOSCOPE 12CF23 1 15 Vitesse de balayage Slew rate Le circuit du paragraphe pr c dent nous donne l opportunit d introduire le concept de SLEW RATE pour l amplificateur op rationnel cela repr sente l habilit du dispositif de r pondre avec une commutation rapide de sa sortie aux transitoires de l entr e Notez que le slew rate d un amplificateur op rationnel et sa fr quence de coupure sup rieure sont apparent s tous les deux d pendent des aspects constructifs du dispositif capacitances de perte conditions de charge et d adaptation etc Pour le circuit qu on vient juste d assembler dans l exercice pr c dent il est possible de voir que la forme d onde produite la sortie est presque carr e En effet il s agit l d une onde trap zoidale La pente des transitions de mont e et de descente de chaque impulsion peut tre mesur e et exprim e en V usec comme d usage pour les slew rates Pour r aliser cela il est n cessaire d afficher l oscilloscope la transition croissante des impulsions Mesurez le temps n cessaire au signal pour passer de 10V 10V Calculez donc le rapport V t 1 16 Bande passante Pour chaque amplificateur et sp cialement pour les amplificateurs op rationnels desquelles on est en train d tudier les caract ristiques le produit de la largeur de bande de fr quence par le gain d
78. S R10 BK 04 ZN 2 n s Er Cs re 8 04 2n3819 c MOSFET g as P1 4K7 P1 met N R11 1M5 DARLINGTON NE 4 B1138 E2 TRANSISTOR CHARACTERISTICS CARACTERISTIQUES DES TRANSISTORS FIG 10 PRACTICAL SETUP FOR THE SCHEME OF FIG 9 E2C1F10 La Figure 11 montre la caract ristique de sortie typique d un transistor dans cette configuration SATURATION LINEAR AREA Ic V ue IV B nlii SS Lui B Se K gt CUT OFF A Ver FIG 11 TYPICAL CE OUTPUT CHARACTERISTIC EACLE A La Figure 12 montre un exemple de l image qui appara t sur l cran de l oscilloscope VcE FIG 12 IMAGE APPEARING AT THE OSCILLOSCOPE SCREEN ECOME de L image appara t invers e le long de son axe vertical en raison de la contrainte d une connexion de r f rence commune des sondes au point commun de D1 R16 La tension Vc est pourtant mesur e avec la polarit invers e 1 2 2 Base commune La Figure 13 montre le sch ma AS ES gt Y 1 R7 220 OSCILL gt GND 03 BC337 2 R18 10K Sr In R16 2K2 R15 1 e X VCg 7 R14 ON BOARD 470 VARIABLE V SOURCE AC e e e FIG 18
79. SCILLOSCOPE FIG 19 PHASE SHIFTER EXAMPLE 2 CHI SWITCHES 1 4 CLOSED BASIC OP AMP CONFIGURATIONS FROM SINEWAVE GENERATOR 160Hz 1Vpp R13 ALL SWITCHES OPEN OO Xs cu GND OSCILLOSCOPE CHI FIG 20 PHASE SHIFTER EXAMPLE 3 1201920 1 13 Le comparateur L amplificateur op rationnel peut tre mis en fonction sans sa r sistance de r troaction et dans ce cas cause de sa haute amplification en boucle ouverte il aura une sortie satur e n gativement toutes les fois que l entr e diff rentielle est n gative et sa sortie sera satur positivement dans le cas oppos Une diff rence de quelques millivolts entre les deux entr es fait en sorte que la sortie oscille d un niveau de saturation l autre L amplificateur fonctionne comme un COMPARATEUR en comparant ses tensions d entr es et en fournissant un cons quent niveau logique de sortie Cela peut tre exp riment avec le circuit de la fig 21 ALL SWITCHES OPEN BASIC OP AMP CONFIGURATIONS PL BATTERY TYPE
80. SCOPE gt GND ON BOARD SINEWAVE GENERATOR FIG 7 BASIC DUAL LOAD AMPLIFIER NPN E2C1F7 1SV ae gt Na E Tt a n gt RI R5 R7 1K 3K3 SMALL SIGNAL 220 PNP AMPLIFIER SETUP NPN AMPLIFIER SETUP PARAMETER MEASUREMENT e FEF Lu R3 Re RB lt o FF 100K Cos FFH 100K H Doz FX 100K Dos o SE BC337 BC337 VA FFT gt Em Re R4 3K3 1K ae o EE cr LI FEF X GND et ed D HH HO HA 5 Y R9 8 sh Sr eh x Er En 3 S 150 2W Y a E a EI L b L H z 1 T 1 1 i 1 y 100u doll Ale se lol 1 zu SLI SLI zd SLI SLi SLI 9 lo E ET ET ef zZz o a
81. TIONS E SNITCH IA C2 10K f 1 Gi g 9 R5 1M 1 2 15 1 9 R4 100K R1 100K A 11 Oo FOTN 1 9 R3 10K C1 100K R2 100K P1 2 pris 10K e O O i O O NX 15 R6 100K s o O 3 714 R11 10K R12 100 LF353 AS P E AA R13 10K O O i 1K5 1 ooo T i 4 Y IINE AEN 1 R7 1M5 15 15 A AETA dL Nm R8 R10 10K 1M R9 100K e FIG 1 THE BASIC OP AMP CONFIGURATION MODULE ESC1F1 1 2 Param tres des amplificateurs op rationnels Le module BASIC OP AMP CONFIGURATIONS utilise un Cl ampli op tr s commun le LF353 La fiche technique originale du fabricant est jointe ici car il est important que l tudiant prenne possession de ses fonctionnalit s caract ristiques et param tres afin de proc der efficacement avec les exp riences suivantes 1 3 Amplificateur inverseur La Figure 1B montre un ampli op avec son r seau de contre r action Zi Zo 0 0 FIG 1B BASIC INVERTING AMP CONFIGURATION Le gain d un tel syst me en boucle ferm e est AUX o K fonction de transfert de contre r action Z Z Puisque A tend vers l infini 1 A tend vers z ro Donc A Zy Z Nous allons v rifier ce r sultat pratiquement On utilisera le bloc BASIC OP AMP CONFIGURATIONS de la carte B1138
82. TORS ESC2F2 2 3 Fonctionnement du circuit bistable en mode bascule Il a d j t exp riment qu une br ve impulsion la masse appliqu e au collecteur du transistor bloqu ou la base de celui qui est satur permet au circuit de passer l tat compl mentaire Si elle est appliqu e au collecteur l impulsion n a pas besoin d atteindre une tension nulle mais d atteindre un niveau suffisamment bas sur la base de l autre transistor pour permettre de le bloquer Cette affirmation peut tre mise en quation pour calculer l amplitude minimale de l impulsion Dans tous les cas pour avoir une commutation propre sure l impulsion doit tre de sens n gatif troite et ample La Fig 3 montre comment g n rer des impulsions avec les caract ristiques requises Ce qui est r alis par les diodes D3 et D4 et les composants R16 R17 C10 et PB Noter que ces composants ne sont pas pr sents sur la carte B1138 E3 Ils doivent tre ajout s l ext rieur l aide de la plaque sans soudures de l unit didactique 15V t R10 R11 R16 R17 2K2 c 2K2 Aki 4K7 1K J N t t L tH T D3 R11 47K D4 C10 1N4148 1N4148 1K O C7 1K Oo PB e E R14 04 Qs Bc337 47K BC337 R12 R13 100K 100K Le ki ki FIG 3 THE BISTABLE TOGGLE OPERATION E3C2
83. Vo 1 2Vgg THEN P2 Ro E3C1F9 Une sinusoide de 10KHz est utilis e comme signal d entr e Son amplitude est r gl e une valeur commode pour avoir une sortie de par exemple 5Vpp Il devrait en r sulter un signal d entr e de 15 40mVpp Une r sistance variable de 10KQ trimmer ou potentiom tre est puis connect e en tant que charge isol du courant continu par C2 Le trimmer est r gl au point o l amplitude du signal diminue de moiti sans changer le niveau du signal d entr e Dans ces conditions le trimmer a une r sistance gale la r sistance de sortie de l amplificateur D brancher le trimmer et mesurer le avec un ohmm tre 1 5 Bande passante de l Amplificateur Emetteur Commun Les condensateurs C1 et C3 dans le sch ma de la Fig 10 sont les soi disant capacitances s rie Ils sont responsables de l abaissement du gain quand la fr quence de fonctionnement de l amplificateur est si faible que la r actance n est plus n gligeable Veer ti SV po A A R1 R3 ce CH C1 l Jl a D d o e 01 E 8 WI E oc V v Re Eh 6 T R4 i cuca o ul SE GND E e e e e e CH1 x FIG 10 RECORDING OF THE BANDPASS CHARACTERISTIC ESCIF10 N oubliez pas qu en effet C1 et C2 apparaissent pratiquement comme des court circuits dans l intervalle de fr quence dan
84. a chute de tension sur R3 puis calculer Ic Tracer ce nouveau point sur le m me graphique de la Fig 3 Le point devrait se situer sur la ligne pr c demment trac e Mesurer la tension aux bornes de R2 et aux bornes de R4 V rifier que les deux diff rent par environ 0 5 0 7V Ceci est la chute aux bornes de la jonction Base Emetteur polaris e directement Changer le c blage du module Fig 4 en connectant un g n rateur d onde sinusoidale environ 20mVpp 10KHz l entr e de base tout en surveillant le signal de collecteur par l oscilloscope 15V A ls Pt R3 R1 a C1 hs K Q1 e TO THE 20mVpp OSCILLOSCOPE 5KHz R2 R4 l es SINENAVE e Leen FIG 4 SETUP TO STUDY THE OUTPUT SIGNAL SWING E3C1F4 R gler l amplitude d entr e jusqu au point o le signal de sortie appara t comme dans la Fig 5A ou 5B c est dire une sinuso de limit e inf rieurement saturation ou sup rieurement coupure Ve 15V FIG SA DC BIAS POINT TOO NEAR TO SATURATION EXAMPLE E3C1FSA FIG SB DC BIAS POINT TOO NEAR TO CUT OFF EXAMPLE E3C1F5B Ajuster P1 et le niveau d entr e jusqu au point o le signal de sortie appara t comme une sinusoide sans distorsion d amplitude maximum Retirer le g n rateur et d terminer le nouveau point de polarisation c c de la Fig 3 C est le point de fonctionnement q
85. ac au point o le condensateur est connect La Figure 4 montre la forme d onde r sultante grandement am lior e par rapport amp celle de la Fig 2 mais contenant encore une composante alternative appel e Tension d Ondulation La fonction du condensateur est de se charger jusqu la valeur de cr te de la tension pendant les demi ondes positives et de se d charger sur la charge entre une demi onde et la suivante Il est clair que la tension d ondulation peut tre r duite en augmentant la capacit de lissage Le condensateur doit tre charg par le courant de la diode pendant des petites fractions du cycle et une capacit accrue signifie plus courant de charge en moins de temps La diode doit tre dimensionn e en cons quence K DIODE CONDUCTING FIG 4 WAVESHAPE RESULTING FROM THE CIRCUIT OF FIG 3 E1C7F4 7 2 Le redresseur pleine onde 7 2 1 Le redresseur pleine onde point m dian La Figure 5 montre le circuit tudier SOCKETS OF THE POWER SUPPLY l D1 1N4007 12 TO 17VAC gt D2 1N4007 FIG 5 THE MIDPOINT FULLWAVE RECTIFIER E1C7F5 Par rapport au circuit de la Fig 1 celui ci semble tre doubl de mani re que chaque diode contribue alternativement avec une des demi ondes de la forme d onde de sortie Ceci est indiqu dans la Fig 6 Un inconv nient de ce circuit dans son utilisation pratique est qu il n cessite un transformateur sp cial avec deux secondai
86. age ci dessous ce 4 P S INPUT 10K ENTREE ALIMENTATION 4 n oon C3 15V 12v sui Il ev z 3 R5 15V Ose 7 e 1M a o 25V e 2 R4 09 L P1 10K 2X1N4007 R1 1 O 15V F 100K 10K A e ci Re U1 LF353 100K H 100K A TP TP E Cl IC R6 D Lis 100K EE 4 TP R11 R12 R7 op zH 10K HH 100 bag 1M5 4 ale 1 2 3 She H P2 10K i e a4 QO xl x de 9 x zx 15V 4 S s GE R R R10 XE T Eh er pea eV mE 2X1N4007 ttt 15V Ze 1N our ze JE 3 Te ourPur TP oB FILTRE PASSE BAS es T l s sekGlPs 27 Se LP FILTER c17 39K EP IisLni4 50K GAIN S3
87. alcul que la nouvelle valeur de la sortie est correcte Utiliser la Fig 5 pour vous aider Calculer d abord la r sistance quivalente de RA et R9 en parall le puis l quivalent de la s rie de R8 R3 R9 RA Calculer le courant dans la s rie puis la tension aux bornes de R9 R4 V rifier que cette valeur calcul e coincide avec la valeur que vous avez mesur e pour le diviseur charg FIG 5 THE VOLTAGE DIVIDER IN LOADED CONDITIONS E1C2F5 2 5 Le potentiom tre Le potentiom tre est une r sistance avec une prise interm diaire coulissante Fig 6A WIPER CONDUCTIVE LAYER A FIG 6A E1C2F6A La prise interm diaire Curseur peut tre d plac e d un bout de la r sistance l autre et pourtant peut mettre en ceuvre un diviseur de tension r glable dans lequel les deux r sistances sont faites varier en m me temps Il y a des potentiom tres construits en diff rentes formes type rotation et type coulissant lin aire avec diff rentes techniques fil bobin couche conductrice sur un substrat isolant etc et avec diff rentes lois de r sistance en fonction de la position lin aire logarithmique etc Le potentiom tre nous allons tudier est d un type rotatif et lin aire Sa puissance nominale est 0 25W et sa r sistance de bout en bout est de 10kQ Mettre en place l quipement comme indiqu dans la Fig 6B Vi Vo FIC 6B E1C2F6B R gler l alimentation
88. alternatif de mani re fournir la charge un signal qui est une copie de l entr e 15V A RS 22K 4 Q2 BD139 D1 aras NZ R7 47 Be C4 D2 470uF 1N4148 um m Q3 R9 z BD140 220 1W R6 22K e e FIG 12 THE POWER AMPLIFIER E3C1F12 1 7 Fonctionnement de l amplificateur de puissance distorsion de croisement La r sistance R9 220Q est connect e comme charge Un signal sinusoidal r glable en amplitude jusqu au moins 15Vpp est appliqu l entr e Le condensateur Cgen montr dans le sch ma est en effet fourni l int rieur du g n rateur de l unit didactique Loscilloscope est connect avec CHI qui affiche le signal d entr e et CH2 qui affiche le signal de sortie Appliquer l alimentation 15V et r gler la sinusoide d entr e un niveau initial de 2Vpp Etudier les performances de l amplificateur avec une attention particuli re au point o une demi onde est commut e en une de polarit oppos e c est dire le point o la Distorsion de Croisement survient Avec un petit morceau de fil placer un court circuit entre les bornes de base des deux transistors Cela modifie le fonctionnement en classe B en un fonctionnement en Classe C ce qui augmente sensiblement la distorsion de croisement 15V RS 22K a
89. ans le circuit montr dans la Fig 4 la r sonance se produit quand les r actances inductive et capacitive ont des amplitudes gales Dans cette condition puisque les deux r actances ont signes oppos s elles s annulent et la charge au g n rateur semble tre purement r sistive Ee tts or f EH fei JLC 2m ILC X xL Xe Dans notre circuit l essai les valeurs des composants sont L1 voir le paragraphe 1 de ce chapitre C4 10KpF RI 100 R3 1KO Noter que la r sonance le courant de r sonance circule en L1 C4 RI La valeur de ce courant est limit e par la r sistance de la boucle c est dire R1 la r sistance s rie parasite en L1 et C4 Moins grande est R1 plus haut est le pic de r sonance R1 ne peut toutefois tre trop basse afin de ne pas trop charger le g n rateur qui alimente le circuit r sonant Pour la m me raison le signal de sortie afin de d tecter la r sonance n est pas pris aux bornes de R1 le signal est trop faible ici mais aux bornes de C4 La courbe habituelle en forme de cloche sera comme montr e dans la Fig 5 Maintenant passer l exp rience Calculer la fr quence de r sonance pr vue Choisir une gamme de mesure de 1 d cade au dessous 1 d cade au dessus de la fr quence de r sonance fg pr vue puis s lectionner 10 valeurs de fr quence pratiques au sein de cet intervalle pour faire les mesures Chaque mesure consiste r gler
90. ar la Diode Zener Un courant constant gal V R3 est transmis la charge Le r gulateur Zener fonctionne correctement aussi longtemps que la Diode Zener reste dans sa zone de fonctionnement de claquage inverse Si le courant absorb par la charge est trop haut la chute de tension sur R7 r duira la tension aux bornes de la Diode Zener au dessous de la valeur de claquage inverse et l action de r gulation du circuit cesse Une autre limitation du r gulateur Diode Zener est que la r sistance de la diode dans la zone de claquage inverse est normalement de l ordre de plusieurs ohms plusieurs dizaines de ohms Cela signifie que la caract ristique de la diode Zener a une pente l g rement n gative dans la r gion de r gulation Ce simple r gulateur peut donc pr senter des variations significatives de la tension de sortie pour des grands changements du courant tir par la charge 7 4 R gulateur s rie diode Zener et transistor Un type populaire de r gulateur de tension le soi disant R gulateur s rie est montr dans la Fig 13 Le fonctionnement du circuit est le suivant TF1 O AC MAINS 12VAC LOAD R7 4700 O FIG 13 ZENER TRANSISTOR SERIES REGULATOR E1C7F13 Vout NEGATIVE SLOPE MAX CURRENT ALLOWED IN RL l LOAD CURRENT FIG 14 OUTPUT CHARACTERISTIC OF THE REGULATOR E1C7F14 La r sistance R11 polarise DZ2 en sa r gion de claqua
91. courants pour n importe quelle valeur de R9 FIG 13 EQUIVALENT CIRCUIT OF FIG 12 AFTER THEVENIN E1c2F13 FIG 14 EQUIVALENT CIRCUIT OF FIG 12 AFTER NORTON E1C2F14 Supposons d appliquer une charge R9 47KQ Par simple calcul nous avons V Vag ABD_R9 9 55V D R9 Vng Ing 0 18mA R9 Rg V rifier par des mesures que ces valeurs sont correctes Le Th or me de Norton Le Th or me de Norton tablit que sous certaines conditions voir votre manuel de th orie le r seau renferm dans la ligne en pointill de la Fig 12 quivaut un g n rateur id al de courant avec une conductance interne G en parall le Voir la Fig 14 est le courant de court circuit entre A et B G est le rapport du courant de court circuit la tension vide entre A et B Les deux l et Vago sont connus des mesures faites pour le cas pr c dent Th or me de Th venin S ils n taient pas connus on pourrait les mesurer dans la m me mani re Comme fait pour le cas pr c dent nous pouvons maintenant supposer de charger notre circuit quivalent avec une charge par exemple R9 47kQ Nous pouvons alors calculer la tension et le courant pr vus sur la charge et enfin v rifier ces valeurs avec la mesure r elle Tout se d roule exactement comme pour le cas du th or me de Th venin En effet les deux th or mes sont deux diff rentes formulations de la m me id e de base sur la facon d
92. ctement l imp dance de la source L tage tages central vise effectuer l amplification de tension n cessaire L tage de sortie est d habitude con u pour l adaptation la charge Il ny a aucune proc dure g n rale suivre lors de la conception d un amplificateur plusieurs tages toutefois il y a quelques r gles simples comme les suivantes Le gain total d un amplificateur plusieurs tages est le produit des gains de chaque tage La bande passante d un amplificateur plusieurs tages est toujours plus troite que celle de chaque tage Le produit Bande passante Gain d un amplificateur plusieurs tages est substantiellement une constante donn e par les composants transistors choisis Le m me amplificateur peut donc tre r gl pour le gain maximum ou pour la bande passante maximale mais pas pour les deux Tout cas pratique devra tre consid r s par ment Ce mod le didactique comprend deux tages d amplification transistor qui peuvent tre interconnect s La caract ristique r sultante de l amplificateur deux tages Fig 15 devrait tre tudi e et examin e par l tudiant avec la proc dure d j suivie pour tudier le cas d un tage unique 15V P1 R3 47K 3K3 e c AD 100 a N D2 10uF BC337 1N4148 R9 o3 y BD140 220 1W R2 R4 R6 4K7 470 22K
93. de positive C1 se charge travers P1 et RT Ql fournit une impulsion sur sa base 1 avec un retard cause du temps de charge de C1 sur le d but de la demi onde positive Ce retard est r glable par PI Pendant les demi ondes n gatives C1 est maintenu d charg travers D2 et RI D1 simplement vite que C1 se charge dans la polarit invers e pendant les alternances n gatives Le formes d onde du circuit observables l oscilloscope sont montr es dans la Fig 7 Noter que ce circuit est dimensionn pour fonctionner avec des tensions alternatives dans la gamme de 12 16V environ et ne fonctionne pas correctement pour tensions diff rentes Noter aussi que le Thyristor n cessite d un certain courant de maintien pour s allumer et maintenir la conduction pourtant la forme d onde observable montre des d viations pour des angles d allumage tr s lev s pr s de 180 et tr s petits pr s de 0 AC VOLTAGE VOLTAGE ACROSS Cl amp A VOLTAGE ACROSS R3 SCR FIRING PULSES P ON THE LOAD R6 FIG 7 WAVESHAPES OF THE CIRCUIT IN FIG 6 88C1F7 2 DIAC AND TRIAC 2 1 Vue d ensemble La carte B1138 E4 comprend un circuit pour d montrer et tudier les caract ristiques et les applications essentielles pour les dispositifs Diac et Triac Plus pr cis ment les sujets d tude sont les suivants La caract ristique du Diac La caract ristique du
94. de sortie ne baissera pas de fa on significative lorsqu on applique une r sistance de charge de 1 5k R13 en toute sa r gion lin aire environ entre 10 et 10V c est dire pour courant de sortie de 6 6 6 6mA Utilisez le montage propos dans la fig 25 Ajustez la tension d entr e avec P1 de fa on telle obtenir la valeur d sir e la sortie ONLY SWITCH 2 CLOSED 7 BASIC OP AMP CONFIGURATIONS N N 3 RS E J IW Ti R1 R3 1 Qi 1 R2 DVM P1 Re D gt R13 BATTERY TYPE ci O R11 R12 R7 Feo rj XQ 4 a 1 e 3 H ALL SWITCHES OPEN pe m Y Re yu she co TERM e FIG 25 SETUP TO MEASURE THE OUTPUT IMPEDANCE 12CF25 L utilisation d un voltm tre digitale connect la sortie est pr f rable dans ce cas tant assez difficile d appr cier les petits changements de tension en c c avec l oscilloscope Ex cutez des mesures 10 5 5 et 10V de la sortie en condition de charge et vide A chaque point de mesure l imp dance de sortie peut tre calcul e comme le rapport entre la chute de tension et le courant qui circule dans la charge voir fig 26 R2 100K R4 10
95. dispositif avec la m me configuration utilis e pour l enregistrement de la caract ristique de la diode non Zener Ici toutefois la valeur de la r sistance s rie de limitation de courant est port e 1kO pour un fonctionnement s r de la Diode Zener dans la r gion inverse Le courant de claquage inverse pour ce dispositif ne devrait en effet pas d passer un maximum d environ 50mA en tout cas Les Figures 10 et 11 montrent la configuration de test et la Fig 12 les r sultats attendus E 0 TO 10V A B FIG 11 CIRCUIT TO RECORD THE DIRECT A AND REVERSE B DIODE CHARACTERISTIC E1C1F11 DIRECT BIAS L VBREAKDOWN Mn em APPROX 3V6 Y 5 nsf Vg APPROX 0 7V 1 l4 REVERSE BIAS FIG 12 TYPICAL DIODE CHARACTERISTIC E1c1F12 2 RESISTANCES EN SERIE ET EN PARALLELE Quand deux ou plus r sistances sont connect es en s rie Fig 1A elles portent le m me courant FIG 1A RESISTORS IN SERIES E1C2F1A La chute de tension aux bornes de chaque r sistance est gale au courant multipli par la valeur de la r sistance de chaque r sistance et la tension totale est V V1 V2 V3 1 R14 1 R24 1 R3 1 R1 R2 R3 La r sistance quivalente la s rie des trois est pourtant R R1 R2 R3 Quand deux ou plus r sistances sont connect es en parall le Fig 1B elles sont aliment es par la m me tension
96. e K mA En lisant K et par quelque calculs on obtient la r sistance interne de notre amperemefre10mA Commen ons par observer que la r sistance de 10Q ne fait pas changer pratiquement le courant fourni par la source de tension qui est Micon 1kQ Dans un cas Fig 3 tout ce courant circule travers l amp rem tre Dans le second cas Fig 4 le courant se divise en proportions inverses aux r sistances Indiquer par Im le courant dans l amp rem tre RI R 1 1 est connu V 1KO Im est lu sur l instrument Rp est connu 100 Ri peut donc tre facilement calcul Seconde partie de l exercice Une fois connue R nous pourrons calculer Ry pour chaque expansion de l chelle de l instrument en utilisant la derni re formule ci dessus Calculer R comme exercice afin d avoir une d viation pleine chelle 10mA quand le courant est 500mA Utiliser la formule Ri Rp I l o R est connu de l exercice pr c dent In est 10mA est 500mA p 3 4 Circuit quivalent d un g n rateur Un GENERATEUR DE TENSION est un dispositif id al capable de maintenir une tension constante entre ses bornes quel que soit le courant tir de lui Un GENERATEUR DE COURANT est un dispositif id al capable de maintenir constant le courant circulant l int rieur ext rieur de ses bornes quelle que soit la charge connect e Les deux dispositifs sont id aux dans le sens qu ils ne pe
97. e La tension est chang e en tapes de O 12V et le courant dans la lampe est mesur et enregistr chaque tape Les r sultats trac s dans un graphique apparaissent comme dans la Fig 7 Le raison de la progressive flexion de la caract ristique r side dans le COEFFICIENT DE TEMPERATURE du mat riel dont le filament est fait Le coefficient de temp rature dans ce cas est Positif si la tension d alimentation est augment e le filament re oit plus puissance et pourtant sa temp rature augmente La r sistance du filament augmente quand la temp rature augmente et le filament tire moins de courant que si la r sistance reste constante Notons simplement qu un Coefficient de temp rature positif pour une lampe incandescence est tr s sain pour la lampe elle m me prenons le cas d une lampe Coefficient de temp rature n gatif connect e au secteur Une l vation accidentelle de la tension de ligne augmenterait la temp rature de la lampe ce qui abaisserait sa r sistance la lampe tirerait plus de courant et de puissance de la ligne Cela causerait son tour une nouvelle augmentation en temp rature du filament r duisant sa r sistance ce qui finalement provoquerait sa destruction V volt 1 mA FIG 7 V I PATTERN FOR THE INCANDESCENT LAMP E1C1F7 1 5 R sistance diff rentielle De l exp rience du paragraphe pr c dent nous avoir vu un cas de r sistance non lin aire et nous avoir
98. e Millman E et E sont de z ro Volt La tension aux bornes des branches indiqu comme V dans la Fig 16 est ET TE RI 8 ET E E1 R2 R3 1 1 1 gi RZ RS E R RS E RE R2 R2 R3 R1 R3 R1 R2 RI R2 R3 R1 R2 R3 v E1 1000 470 _E1 470000 44 yoy 1000 470 100 470 100 1000 617000 Les courants sont respectivement V 15V _ 3 58 _ 100 100 l 0 036A V 15 1000 1000 12 0 011A ee 0 024A 13 470 470 Mettre en place le circuit de la Fig 16 et mesurer les courants et les tensions Comparer les r sultats avec les valeurs calcul es 2 10 Th or me de la Superposition La strat gie utilis e dans le Th or me de la Superposition est d liminer toutes les sources de puissance d un r seau l exception d une la fois en utilisant l analyse s rie parall le pour d terminer les chutes de tension et ou les courants dans le r seau modifi pour chaque source s par ment Puis une les fois les chutes de tensions et ou les courants ont t d termin s pour chaque source s par ment les valeurs sont toutes superpos es ajout es alg briquement pour trouver les chutes de tensions et les courants avec toutes les sources actives Regardons un exemple de circuit Fig 17 et appliquons ici le Th or me de la Superposition Noter que ce circuit peut tre mis en place avec les composants de l unit didactique FIG 17 SAMPLE CIRCUIT TO STUDY THE SUPERPOSITION THEOREM E1C8F
99. e cas est similaire au cas 2 sauf pour le fait que l angle de phase entre courant est de 90 l avance par opposition au cas 2 o le d phasage tait de 90 en retard Mettre en place ce circuit en utilisant pour C le condensateur de 100KpF int gr dans l unit didactique Exercice mesure V et calculer la puissance r active A SS Se Ac pec SE Mg FIG 19 CIRCUIT UNDER STUDY FIG 20 VECTOR DIAGRAM Cas 4 La Figure 21 repr sente le circuit l tude et la Fig 22 le diagramme vectoriel correspondant ae a T We R E Ilo FIG 21 CIRCUIT UNDER STUDY FIG 22 VECTOR DIAGRAM Mettre en place le circuit en utilisant R 1KQ C 100KpF L mesurer Dans ce circuit les courants r actifs se soustraient et le r sultat est 1 1 montr avec 90 de retard sur Vg Le courant actif et le courant r actif l l donnent pour r sultat le courant total lo La puissance active fournie par la charge est P l V La puissance r active qui int resse le g n rateur est Q l 1c Vo Il y a une ult rieure puissance r active allant en avant et en arri re entre C L sans int resser le g n rateur gale CI V Le Puissance Apparente concernant le g n rateur est Pa lo Vo JP Q Une fois d fini l angle de phase q comme dans la Fig 22 P et Q peuvent tre crites comme P P cosp Q P sing
100. e d monstration pr sentera ce probl me l tudiant Consid rez la fig 11 c est un amplificateur inverseur Ajustez son gain pour une valeur de 10 en connectant R5 CONNECT R5 BY SNITCH 3 DISCONNECT ALL OF R7 R8 R9 R10 BASIC OP AMP CONFIGURATIONS CH1 iJ OSCILLOSCOPE FIG 11 MEASURING THE OUTPUT OFFSET 12CF11 L entr e inverseuse est connect e la masse avec un cavalier Vous avez donc une entr e de valeur nulle et vous vous attendez que la sortie de l amplificateur soit aussi nulle Au contraire vous avez une petite tension de l ordre de quelques millivolts Ne soyez pas surpris la th orie est respect e L ennui proviens d une petite in galit de construction des entr es et de l amplificateur Tout cela engendre un OFFSET de la sortie On doit apprendre annuler cela Voir fig 12 Le curseur de P2 est connect a un partiteur de tension qui met disposition une petite mais r glable valeur de tension pour palier ce probl me Remarquez que R11 10kQ et R1221000 Connectez la tension sur l entr e disponible de l amplificateur celle qui conduit R2 R glez P2 pour annuler l erreur de sortie Note Il peut arriver
101. e dans le cas du transistor bipolaire Une tension drain source d impulsion est obtenue par redressement d une tension alternative D1 et R17 Le courant de Drain est mesur par la chute de tension sur R13 2200 Le courant de D et les tensions D S sont affich s simultan ment sur les axes Y et X de l oscilloscope L oscilloscope doit tre utilis dans le mode X Y Puisque les deux canaux de l oscilloscope ont la m me masse le seul c blage possible pour cet instrument est comme indiqu dans la Fig 1 A cause de cette contrainte la caract ristique du FET apparaft invers e sur l cran de l oscilloscope par rapport la repr sentation habituelle Noter que la Grille DOIT ETRE POLARISE NEGATIVE par rapport la Source Il y a des FET qui n cessitent une polarisation positive MOSFET de puissance mais ce n est pas l un d eux Les r sultats attendus sont montr s dans la Fig 2 FOR V g K FOR V g K1 Vos FIG 2 EXPECTED RESULT OF THE EXPERIMENT E2C2F2 2 2 Amplificateur FET La Figure 3 montre le circuit l tude CH1 15V R17 OSCILLOSCOPE 3K3 e gt CH2 cLlo gt 04 2N3819 9 1Vpp a R19 R15 END 5KHz 100K 1K FIG 3 THE FET AMPLIFIER E2C2F3 L amplificateur est auto polarisation gr ce la r sistance R15 dans le circuit de source Le courant Drain Source g n re une chute de tension sur R15 qui rend
102. e l amplificateur est une valeur assez constante En d autres mots avec un dispositif donn il est possible de construire un amplificateur avec un gain bas avec une largeur de bande ample ou un amplificateur avec un gain important et une largeur de bande r duite Pour un amplificateur op rationnel en c c si l on parle de r duction de largeur de bande c est comme de parler de la fr quence sup rieure de coupure On devra mesurer la fr quence sup rieure de coupure pour notre amplificateur du module dans les cas o le gain est r gl 1 et 10 La fr quence de coupure correspondante un gain unitaire pour le LF353 utilis dans le module est typiquement 1 5MHz comme le constructeur reporte Depuis que le trac du PCB n est pas optimis pour fonctionner avec les hautes fr quences mais plut t pour une claire utilisation en didactique il est possible de s attendre des valeurs essentiellement plus basses L exp rience doit tre r alis e avec le montage pr sent en fig 24 pour les deux cas de A 1 et A 10 SWITCH 2 CLOSED A 1 Y SWITCH 3 CLOSED A 10 BASIC OP AMP CONFIGURATIONS Es de E ET 4 ut sut Il d RS cm 4 2 R4 4 Ri R3 T P1 O O SINEWAVE GEN gt
103. e l exp rience Abaisser la fr quence par tapes appropri es A chaque tape v rifier le niveau d entr e et r ajuster le la valeur originale si n cessaire puis mesurer et enregistrer l amplitude de sortie Arr tez vous lorsque le signal tombe 1Vpp du 5V d origine R p ter pour l intervalle au dessus de 10KHz jusqu au moment o la tension de sortie retombe au dessous de 1 Vpp Tracer les r sultats sur un papier logarithmique avec l axe des fr quences en horizontal Marquer les points de coupure 3dB sur le graphique qui sont les points o le gain devient 0 703 fois la valeur de centre bande voir Fig 11 GAIN Ara de A 3dB 0 Ses LOWER UPPER CUT OFF CUT OFF FIG 11 EXPECTED RESULTS FOR THE EXPERIMENT E3C1F11 1 6 Etage d amplification de puissance L amplificateur de puissance de la carte B1138 E3 illustr dans la Fig 12 utilise une paire de transistors compl mentaires Q2 et Q3 polaris s pour le fonctionnement en Classe B Les r sistances R5 et R6 laissent circuler un courant dans les diodes D1 et D2 qui sont donc directement polaris es Quand aucun signal alternatif n est appliqu l entr e de l amplificateur milieu de D1 D2 les transistors Q2 et Q3 sont pratiquement maintenus leur point de coupure Quand un signal d entr e est appliqu par exemple une sinusoide chacun des transistors PNP NPN conduit pour la fraction n gative positive du cycle de courant
104. e produire des circuits quivalents de r seaux de n importe quelle structure 2 9 Th or me de Millman Dans le Th or me de Millman le circuit est re dessin comme un r seau de branches en parall le chaque branche contenant une r sistance o une s rie de batterie et r sistance Le Th or me de Millman est applicable uniquement aux circuits qui peuvent tre re dessin s dans cette mani re La Fig 15 montre la forme g n rale de ce circuit R1 Re R3 E1 E2 E3 FIG 15 GENERAL FORM OF A CIRCUIT WHERE TO APPLY THE MILLMAN S THEOREM E1C2F15 En consid rant la tension d alimentation dans chaque branche et la r sistance dans chaque branche le Th or me de Millman nous dira la tension aux bornes de toutes les branches El E2 ES RI R2 R3 Voltage across all branches RI R2 R3 Les polarit s de toutes les tensions dans le Th or me de Millman sont r f renc s au m me point Dans le circuit exemple ci dessus le point de r f rence est le fil le plus bas du circuit parall le de sorte que les tensions entre chaque branche ont t ins r es dans l quation comme des nombres positifs Le sens positif pour les courants est celui indiqu par des fl ches dans la Fig 16 En application concr te du Th or me de Millman consid rons le circuit de la Fig 16 qui peut tre configur avec les composants de l unit didactique R3 FIG 16 E1C2F16 Noter que dans la formule d
105. e signal d entr e est galement r duit de moiti voir Fig 7 c est dire Rv Ri Formattati Elenchi puntati e numerati AMPLIFIER Qi s FIG 7 DETERMINATION OF THE INPUT RESISTANCE FOR THE CE AMPLIFIER E3C1F7 L alimentation est coup e la r sistance variable de 10KQ est d connect e du circuit et mesur e avec un ohmm tre Cette valeur est gale l imp dance d entr e de l amplificateur voit la Fig 7 Tout en proc dant avec le travail pratique notez les points suivants Choisir une valeur lev e 10KHz pour la fr quence afin que C1 se comporte en effet comme un court circuit pour le signal alternatif Le gain de l amplificateur est lev le g n rateur doit donc tre r gl pour d livrer un signal faible de 10 50mVpp devrait suffire 1 4 Amplificateur metteur commun Mesure de la R sistance de Sortie Le principe de cette mesure est similaire celui du cas pr c dent Se r f rer la Fig 8 qui montre la configuration et la Fig 9 qui montre le sch ma quivalent 15V TT gt P1 R3 ce RA e es Exe sse o a TO THE 20mVop OSCILLOSCOPE 5KHz R2 R4 ee SINEWAVE FIG 8 MEASUREMENT OF THE OUTPUT RESISTANCE E3C1F8 FIG 9 THE PRINCIPLE OF THE MEASUREMENT WHEN
106. ec signaux sinuso daux 4 4 Circuits R L C avec signaux d impulsion 5 RESONANCE 5 1 Mesure d inductance 5 2 Circuit r sonant LC parall le 5 3 Circuit r sonant LC s rie 6 FILTRES PASSIFS 6 1 Vue d ensemble 6 2 Filtres passe bas passifs 6 3 Filtre passe haut passifs 7 CONVERSION COURANT ALTERNATIF COURANT CONTINU 7 1 Le redresseur demi onde 7 2 Le redresseur pleine onde 7 2 1 Le Redresseur pleine onde point m dian 7 2 2 Le Redresseur pleine onde pont 7 2 3 Redresseur pleine onde avec condensateur de lissage 7 2 4 Redresseur pleine onde avec cellule de filtrage LC 7 3 Le r gulateur diode Zener 7 4 R gulateur s rie diode Zener et transistor 7 5 R gulateur lin aire de tension int gr 7 6 Doubleur de tension SECTION II EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E2 1 CARACTERISTIQUES DES TRANSISTORS BIPOLAIRES 1 1 Connexions des Transistors PNP et NPN 1 2 Caract ristiques de sortie d un transistor 1 2 1 Emetteur commun 1 2 2 Base commune 1 3 Param tres petits signaux 1 3 1 Admittance de Sortie 1 3 2 Imp dance d Entr e 1 3 3 Gain en Courant h 1 3 4 Contre r action Sortie Entr e h 2 TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP 2 1 Caract ristiques de sortie d un transistor effet de champ FET 2 2 Amplificateur FET 3 TRANSISTOR DE PUISSANCE DARLINGTON 4 TRANSISTOR MOSFET DE PUISSANCE SECTION III
107. ement quelle fr quence la condition de modules gaux est v rifi e R X 10KO f 160Hz C A une fr quence de 160Hz les deux imp dances ont un module gal et 90 de d phasage en avance Une onde sinuso dale avec cette fr quence qui est faite passer dans le circuit sera soumise un d phasage de 90 en avance EXEMPLE 2 Regardez la fig 15 R5 1M NEGLECTABLE IN AC R1 100K SECHER FIG 15 EXAMPLE 2 Comparez la avec l exemple 1 ici R1 et C2 ont chang s de position R5 1MQ est ajout e pour restaurer la polarisation en c c de l amplificateur Sa valeur est suffisamment haute de fa on telle que sa pr sence peut tre n glig e en c a La fr quence pour laquelle l imp dance de C1 est gale celle de R1 peut tre calcul e comme il a t fait dans l exemple 1 et le r sultat sera de 1 60Hz A 160Hz les deux imp dances ont un module gal et un d phasage de 90 L onde sinuso dale de 160Hz de fr quence qui passe dans le circuit se montrera la sortie retard e de 90 par rapport l entr e AT f 160Hz Xer LOKA X4 7 100KN FIG 16 EXAMPLE 3 EXEMPLE 3 Regardez la fig 16 A 160Hz on aura que Xa 10KQ RI 100KQ Xoo 100KO R3 10KQ La repr sentation vectorielle de deux imp dances du diviseur de la r troaction sera celle montr e par la fig 17 A 160Hz une onde sinuso dale qui passe dans le circuit sera soumise un d phasage de
108. ension et le courant et v rifier qu on obtiendrait les m mes valeurs calcul es sur les circuits des Figures 10 et 11 Re Vopen Ishort 3 Vopen R8 4K7 O B FIG 10 EQUIVALENT VOLTAGE GENERATOR WITH SERIES RESISTANCE LOADED E1C9F10 A C VY Ishort a Rp Vopen Ishort R8 4K7 O LV B FIG 11 EQUIVALENT CURRENT GENERATOR WITH PARALLEL RESISTANCE LOADED E1CSF11 Dessiner dans le graphique de la Fig 6 le point de fonctionnement du g n rateur charg V rifier que ce point peut tre obtenu en dessinant sur la m me feuille la caract ristique du g n rateur et celle de la charge s par ment Fig 12 OPEN CIRCUIT VOLTAGE SHORT CIRCUIT CURRENT Ishort FIG 12 GRAPHICAL SOLUTION OF THE GENERATOR LOAD PROBLEM E1C3Fi2 L intersection est le seul point o le g n rateur et la charge ont la m me tension et le m me courant 2nd contr le Voir encore la Fig 5 Dans le cours de th orie nous avons appris que l imp dance interne de la source comme on la voit de AB est R3 R4 R R2 R3 R4 Faisons le calcul puis voyons si le r sultat est coh rent avec la valeur de R obtenue 4 partir de nos mesures pr c dentes 3 5 PUISSANCE EN COURANT CONTINU TRANSFERT DE PUISSANCE Le fait qu un courant circule dans un circuit ou dans une partie de celui ci implique l existence d un transfert d nergie d une partie du circuit l autre Preno
109. er un voltm tre aux bornes A et B du pont R gler P1 pour quilibrer le pont c est dire jusqu une lecture z ro V sur le Voltm tre Noter que quand le z ro est d pass le Voltm tre tend donner une indication n gative Une fois le pont est quilibr d placer la poign e de l alimentation r glable jusqu 5V et jusqu 15V et voir que l quilibre est maintenu quelle que soit la tension d alimentation Supposons que R2 est inconnu P1 est un potentiom tre lin aire avec une chelle gradu e O en position compl tement antihoraire et 10 en position compl tement horaire Si R4 est la lecture de l chelle quilibre R5 10 R4 est la course restante du potentiom tre La r sistance inconnue sera calcul e comme Ro R pg R4 R3 RS 10 R4 Comparez votre r sultat la valeur nominale de R2 1000 Echanger les positions de R2 et R3 dans le pont et r p ter les calculs Quel est le nouveau r sultat Remplacer R2 avec une autre r sistance de l unit didactique et r p ter le mesure comme ci dessus 2 7 Lois de Kirchhoff Consid rons le circuit de la Fig 10 Nous allons utiliser cette organisation pour v rifier en pratique les lois de Kirchhoff et pour apprendre les utiliser pour les calculs sur les r seaux lectriques 1 Loi de Kirchhoff Les points A et B dans la Fig 10 s appellent N UDS En chaque n ud du r seau la somme alg brique des cou
110. es suivantes 3 et 4 montrent le sch ma de l amplificateur avec le g n rateur sinusoidal int gr connect l entr e 15V a R 1 1K CH1 R3 100 P 1 AK lt e 01 BC327 w a o 9 CH2 o jul l R10 ce Re m 15K 100 u gt 3K3 a 25V A d e e GND ON BOARD SINEWAVE GENERATOR FIG 3 BASIC DUAL LOAD AMPLIFIER PNP E2C1F3 SINEWAVE FROM THE POWER SUPPLY 15V GND R1 RS R7 1K 3K3 SMALL SIGNAL 220 PNP AMPLIFIER SETUP NPN ANPLIFIER SETUP PARAMETER MEASUREMENT 4 4 R3 R6 R8 E q Doe FETH 100k Dos BC337 i BC337 R4 1K FE FE EXE Ep Ep I el LL al o R9 S EPa S 150 2W ila s i 100u seal 25V Sidd Cc c3 Ae eu ma A SU em AAA Lr me CC eren MN mm umi crt 05 8DH93 06 IRF740 oe E
111. f Rectification filtrage stabilisation Carte B1138 E2 Polarisation en courant continu des amplificateurs transistors mesure des param tres petits signaux Transistor Bipolaire FET Darlington et MOSFET Carte 1138 E3 Amplificateur transistors plusieurs tages polarisation en courant continu gain bande passante tages de signal et de puissance et couplage entre tages Le transistor comme commutateur circuit astable bistable et monostable Carte 1138 E4 Thyristor transistor Unijonction Triac Diac Techniques de Contr le de l angle d amorcage pour le contr le c a Dispositifs lectro optiques photor sistance photodiode phototransistor et LED Carte 1138 E5 Amplificateurs op rationnels Configuration de base et applications amplificateur inverseur et non inverseur additionneur soustracteur int grateur d rivateur oscillateurs et filtres actifs Les figures suivantes montrent le dessin du bo tier de l unit didactique et les cartes pour les exp riences B1138 A2 FACTORY CODE FORMATEUR MAQUETTE ELECTRONIQUE ANALOCIQUE 1138411 GENERATEUR SINUS TRIANGLE SINE TRIANGLE GENERATOR NIVEAU LEVEL CENERATEUR ONDE CARREE SQUARE MAVE GENERATOR AR RAPP CYCLIQUE NIVEAU LEVEL DUTY CYCLE BIPOLAIRE d UNIPOLAIRE UNIPOLAR O kHz O hz SINE HF SINE MF SINE LF TRIANG MF TRIANG LF KHz 250KHz SQUARE MF SQUARE LF
112. ge inverse de la caract ristique de sorte que la tension aux bornes de la Diode Zener est maintenue constante ind pendamment des possibles variations de la tension d alimentation redress e Le Transistor Q1 a sa jonction base metteur polaris e directement La tension d velopp e aux bornes de cette jonction qui conduit directement est de 0 2 0 7V selon le type de transistor La tension sur la charge est pourtant V V fixe quel que soit jusqu un certain point le courant tir par la charge Une autre facon d expliquer le fonctionnement du circuit en termes d actions lectriques est le suivant Supposons que la tension travers la charge tend augmenter Le changement positif sera ressenti l metteur de Q1 Puisque la tension base masse est maintenue constante le changement aura tendance appara tre aux bornes de la jonction B E comme une diminution de cette tension Ce changement en V fera conduire le transistor moins ce qui annule l augmentation initialement suppos e de la tension aux bornes de la charge En conclusion la tension sur la charge reste remarquablement constante si le point de fonctionnement du transistor est loin de la saturation Les facteurs qui affectent n gativement les performances de ce r gulateur sont La r sistance interne d metteur du transistor qui est d habitude tr s faible mais parfois n est pas n gligeable Les effets de la r sistance d metteur sont que la tensio
113. iculier quand on utilise ces composants au cours des exp riences ult rieures Utiliser la configuration de la Fig 1 R4 10K SINEWAVE 10Vpp e Vi 50Hz SKHz L Vo FIG 1 MEASUREMENT OF INDUCTANCE E1C5F1 Appliquer une sinusoide d amplitude constante des fr quences de 50 100 200 500 1000 1500 2000 2500 3000Hz A chaque point de mesure enregistrer Vo et ensuite calculer X comme suit V VR X V X R X 2 E V V X X Sur cette base calculer l inductance avec la formule L a D Reporter les valeurs de L dans un graphique ayant la fr quence sur l axe horizontal 5 2 Circuit r sonant LC parall le La Figure 2 montre le sch ma du circuit tudier Ce circuit peut tre mis en place avec des composants de l unit didactique R4 10K SINEWAVE 10Vpp OSCILLOSCOPE FIG 2 CIRCUIT UNDER TEST E1C5F2 Le but est d enregistrer la courbe de r sonance de mesurer la fr quence de r sonance la bande passante et le facteur de qualit De la th orie nous savons que dans le circuit de la Fig 2 la r sonance se produit quand les r actances inductive et capacitive ont des amplitudes gales Dans cette condition puisque les deux r actances ont signes oppos s elles s annulent et la charge au g n rateur semble tre purement r sistive X ed X where 1 me JLC 2m 2m JLC Dans notre circuit l essai les valeurs des composants sont L1 voir
114. ivement du type T et n Les deux filtres sont construits avec la m me cellule LC de base mais organis s diff remment Pour les filtres du type consid r l imp dance caract ristique est B zc VC Les ports d entr e et de sorties des filtres doivent tre termin s par des imp dances gales l imp dance caract ristique pour que le filtre fonctionne correctement Dans ces conditions la fr quence de coupure 3dB pour les filtres est MM E 2n4L C et la caract ristique d amplitude des filtres apparait comme indiqu dans la Fig 3 A 20 logio Vo V FIG 3 TYPICAL AMPLITUDE CHARACTERISTIC FOR THE LP FILTERS E1C6FS Pour le filtres de la Fig 1 et 2 les valeurs des composants sont Ro 1 5KO R13 R14 L 10mH L2 L3 C 10KpF 10nF C4 C5 Proc dure Explorer la gamme de 500Hz 100KHz avec le g n rateur en gardant une amplitude d entr e constante de 10Vpp Calculer l att nuation chaque point de mesure A 20logo Vo Vi Tracer les r sultats sur papier semi logarithmique chelle logarithmique sur l axe horizontal chelle lin aire sur le vertical Marquer sur la caract ristique d amplitude du filtre le point 3dB et lire la fr quence de coupure Comparer cette valeur la valeur calcul e par la formule R p ter pour le second filtre 6 3 Filtres passe haut passifs Le filtres que nous tudions sont repr sent s dans les Fig 4 et 5
115. mW cm Collector dark current Collector emitter saturation voltage 1 0 V Peak cmission PT481 nm wavelength PT481F PT483F1 Rise time Fall time to Vce 2V lc 10mA so tr Kr 100Q 70 Response time 2 E Irradiance by CIE standard light source A tungsten lamp PHOTODIODE ABSOLUTE MAXIMUM RATING Ta 25 C PARAMETER SYMBOL MAXIMUMRATINS UNITS Powerdissipation Pd 209 mw Reverse Break Down voras wer s vw Operaing Temperate Range tox ss lt Storage Temperature Range wo 0 100 IS Solder Temperature 2 0 mm From Body For 3 Seconds at 260 C ELECTRON OPTICAL CHARACTERISTICS PARAMETER SYMBOL MIN mp max UNIT TESTCONDITION Photo Curent lp 35 Ca Ja tezzsmwi Reverse Dark Curent a 30 nA vr tov iso Wavelength Of Sensitivity 2p 950 nm 350 mv le25mWsr Open Circuit votage we Short Greut Curent sm is ear ecoimwgr SECTION V EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E5 Tous les composants sont nomm s par les m mes symboles tels qu ils apparaissent dans le sch ma et les dispositions pratiques ce manuel Afin de mettre en place une exp rience l tudiant devra localiser chacun des composants de la carte dans le sch ma par son nom et ensuite faire les connexions n cessaires La disposition du circuit est montr e dans l im
116. n de l amplificateur en fermant un des interrupteurs 1 3 pour s lectionner de R3 R5 Laisser tous les autres interrupteurs ouverts y compris l interrupteur 4 qui porte l entr e Effectuer les m mes tests et les m mes observations qu on a fait pour l amplificateur inverseur 1 6 Amplificateur non inverseur en courant alternatif Dans le cas de l amplificateur inverseur nous avons modifi le lay out de la Fig 3 en celui de la Fig 4 en ajoutant le condensateur C1 pour isoler la composante continue possible de la source c a Le bon fonctionnement de l ampli op tait assur par le courant continu circulant de la sortie travers la r sistance de contre r action s lectionn e pour polariser l entr e R2 a galement contribu la polarisation en courant continu Dans le circuit de la Fig 6 on doit fournir un chemin au courant continu pour polariser l entr e par exemple en fermant un des interrupteurs de R8 R9 et R10 CONNECT R3 R4 R5 TO SET THE GAIN CONNECT ONE OF R amp Ra R10 TO BIAS THE INPUT BASIC OP AMP CONFIGURATIONS 4 ce ELE RS Mj LA R4 N24 Ls R1 R3 FROM V 1 SINEWAVE ri Ca O GENERATOR R2 gt 1V
117. n de sortie d pend l g rement du courant moyen tir par la charge En d autres termes la caract ristique de sortie V I du r gulateur montre une pente l g rement n gative au lieu d tre plate La tension Zener subit une d rive avec la temp rature et aussi les diodes Zener sont des dispositifs bruyants dans la mani re dont ils d veloppent un signal de bruit lectronique superpos la tension Zener L amplitude de ce bruit est souvent de l ordre de dizaines de mV RMS Parfois un condensateur est ajout en parall le avec le Zener pour maintenir faible cette tension de bruit et aussi pour am liorer les performances du r gulateur des changements de charge transitoires Si la sortie de QT est court circuit e la masse il existe un risque que Q1 puisse tre endommag par une circulation de courant excessive Pour viter cela un syst me de limitation de courant devrait tre utilis 7 5 R gulateur lin aire de tension int gr L industrie a d velopp et mis la disposition une vari t de circuits int gr s monolithiques qui exercent la fonction de r gulateurs de tension Certains de ces circuits int gr s ont une excellente performance et combinent dans une seule puce les fonctions comparables avec les r gulateurs les plus complexes de style traditionnel Un exemple de ce type de Cl est le LM317 Il s agit d un r gulateur r glable positif avec limitation de courant et protection thermique
118. nces R R1 R2 R3 R 10 100 1K 1 11KQ Cela prouve que la r sistance quivalente des r sistances en s ries est gale a la somme des r sistances 2 2 Circuit parall le Pr parer l appareil comme le montre la Fig 3 FIG 3 RESISTORS IN PARALLEL E1C2FS R gler la tension 5V L utilisation d une tension plus faible que le cas pr c dent est pour viter un exc s de courant dans les r sistances en parall le Mesurer le courant circulant dans chaque r sistance en d branchant temporairement le cordon et en ins rant l amp rem tre en s rie Mesurer le courant total tir de l alimentation V rifier que la 712 13 tot _5V R2 R3 N du R2 R3 2 3 Diviseur de tension La Fig 4 montre un Diviseur de tension qui peut tre mis en place avec les composants de l unit didactique Calculer la tension attendue Vo en fonction de la tension d entr e V et les valeurs des composants R8 4 7kO R3 1kQ R4 10kQ Va R8 R3 R4 V rifier votre r sultat par des mesures r elles sur le circuit Appliquer pour Vi une tension de 15V FIG 4 THE VOLTAGE DIVIDER EiC2F4 2 4 Diviseur de tension charg Avec la m me configuration que dans le cas pr c dent Fig 4 mettre V 15V et mesurer Vo Connecter une r sistance de 47KQ comme charge pour le Diviseur de Tension Fig 5 La tension de sortie est chang e Mesure et enregistrer la nouvelle valeur Expliquer par c
119. ns le simple cas de la Fig 13 Ici le g n rateur fournit nergie ou puissance la charge R La quantit de puissance qui s coule du c t du g n rateur au c t de la charge travers la section A B est gale au produit de la tension entre A et B par courant qui circule dans le conducteur A ou dans le conducteur B Noter que la puissance d livr e par le g n rateur est gale la puissance absorb e par la charge Dans le circuit de la Fig 13 mesurer V et et calculer la puissance absorb e par la r sistance de charge Comme une nouvelle tape supposons de remplacer la charge fixe R 1K avec une charge variable En pratique cela peut tre fait en rempla ant R avec le potentiom tre de 10K disponible Voir la Fig 14 Pour chaque point de r glage du potentiom tre il y aura une valeur diff rente de la puissance transf r e la charge Cette puissance peut tre calcul e comme suit E Vig R RR E Vas LOAD R V V s ER P Vas loro Vas A a R R Rs R Il peut facilement tre d montr math matiquement que le maximum transfert de puissance du g n rateur la charge se produit pour une valeur de la charge R Rs Dans ce cas le transfert de puissance devient L S E Wi NAE AR L exp rience consiste mettre en place le circuit de la Fig 14 o une r sistance de 4K7 simule la r sistance en s rie du g n rateur id al E Pour les diff rent r glages de P diff
120. nsion l un des tages passe l tat ON satur de facon al atoire L autre se met alors l tat OFF Mesurer avec un voltm tre ou un oscilloscope la tension de collecteur par rapport la masse de chacun des tages Mesurer la tension de base de chacun des tages Calculer le courant de collecteur et de base de chaque transistor V rifier que les r sultats trouv s sont coh rents En particulier v rifier que chaque transistor est bloqu par la tension basse du collecteur de l autre transistor et ce dernier est mis en conduction par la tension de base lev e fournie par le premier Brancher l une des extr mit s d un cordon la masse GND et toucher bri vement avec l autre extr mit le collecteur du transistor bloqu ou la base de l autre L tat des deux transistors change alors R p ter l op ration tant que vous le d sirez pour bien comprendre le m canisme de commutation 2 2 Bistable avec capacit s d acc l ration La contre r action positive permettant au bistable de base de commuter d un tat l autre peut tre renforc e pour permettre des transitions plus rapides en rajoutant des capacit s d acc l ration comme indiqu en fig 2 15V R10 R15 eke c eke 1K R11 47K C7 1K bo qt Es BC337 zl Bu BC337 RIZ R13 100K 100K FIG 2 BISTABLE WITH SPEED UP CAPACI
121. nt de conduction directe de cr te Ce param tre est souvent plusieurs fois le maximum du courant de conduction moyenne Minimum courant de maintien la valeur minimale du courant A K pour maintenir l tat de conduction Temps de commutation de la g chette la dur e d impulsion minimale pour assurer l allumage du dispositif d habitude de l ordre de microsecondes Courant de commutation de la g chette le courant minimum pour la conduction du dispositif Courant de g chette de cr te maximum courant d allumage Tension G chette Cathode de cr te Tension inverse G chette Cathode de cr te 1 4 Contr le de puissance c a avec SCR La Figure 6 montre le sch ma de ce circuit l essai e e pe N E P1 RS ZX 1M 15V 470 4W 1N4007 ai o 2N2640 R1 Re AKT 470 les G 12 16V Ba RA C7 Q scR E 220 6A 220V e Bi SAC EE R3 DISAN 22Kp 100 1N4007 e e e FIG 6 CIRCUIT UNDER STUDY B 38C1F6 Il s agit d un oscillateur UJT d j tudi utilis ici pour fournir des impulsions de d clenchement au SCR en phase avec la forme d onde de l alimentation alternative Le fonctionnement d taill du syst me est le suivant La tension alternative est appliqu e la charge R5 et travers elle l anode du SCR Le c a est aussi appliqu au circuit de charge de C1 Pendant la demi on
122. ntation en courant alternatif avec deux sorties de 12V avec prise m diane ou une sortie de 24V G n rateur de signaux Sinus triangle carr La sortie sinusoidale varie en fr quence de 20Hz 250KHz R glage fin de la fr quence les contr les du niveau et du rapport cyclique sont compris ainsi qu un indicateur num rique de la fr quence Large zone pour le montage sans soudures Cela permet de mettre en place facilement des exp riences con ues par l instructeur pour r pondre aux exigences sp cifiques d enseignement Bande multi trous pour potentiom tres commutateurs connecteurs radiateurs qui peuvent tre n cessaires dans l activit de montage Ensemble de 5 cartes interchangeables avec des circuits pr mont s permettant des exp riences qui couvrent les sujets d un cours typique d Electronique G n rale Les d tails sur ces cartes sont donn s ci dessous Jeu d accessoires et manuels d instructions Les accessoires comprennent les c bles les connecteurs les adaptateurs et un jeu de 100 fils pour le montage sans soudures en diff rentes couleurs et longueurs Ensemble de composants en option pour couvrir des exp riences sp cifiques requises par le client Les cartes pour les exp riences couvrent les sujets suivants Carte B1138 E1 Fondements d Electronique utilisation des instruments de mesure lois g n rales de l lectricit r seaux lectriques avec R L C en courant continu et alternati
123. ntr e h La mesure de ce param tre est effectu e avec le circuit de la Fig 23 R16 eke ax 15V Se RT CH 220 100 R8 100K A 03 BC337 ME Ve ON BOARD Vo M SINEWAVE ON BOARD GENERATOR VARIABLE V SOURCE bd e FIG 23 SETUP TO MEASURE THE h PARAMETERS E2C1F2S La tension V est faite changer par le signal provenant d un g n rateur sinusoidal 1Vpp 0 35Vrms 1KHz environ Les variations r sultantes de Vu sont mesur es et le rapport est puis calcul par la formule AVe re AV E La mesure de h n est en fait pas tr s facile cause des petites valeurs des signaux 2 TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP 2 1 Caract ristiques de sortie d un Transistor Effet de Champ FET La Fig 1 montre un FET canal N et des composants auxiliaires pour mettre en place un circuit permettant d afficher les caract ristiques du FET sur l oscilloscope NEGATIVE BIAS HERE gt OSCILLOSCOPE GND Y CHANNEL er R13 220 ne 04 2N3819 Lovett 50Hz R18 10K S gt X CHANNEL FIG 1 SETUP TO DISPLAY THE FET CHARACTERISTICS E2c2F1 Le fonctionnement du circuit de la Fig 1 est le m me que pour le transistor bipolaire d j utilis avec des diff rences videntes cause du fait qu ici la polarisation du transistor est d termin e par une tension grille source n gative plut t que par un courant de base comm
124. ons et les courants dans leur valeurs efficaces La charge R1 tant purement r sistive le courant dans la charge et la tension sont en phase comme montr dans la Fig 16 Toute la puissance d livr e par le g n rateur va dans la charge Cette puissance est ACTIVE et est donn e par P V Exercice mesurer et V et calculer la puissance active P ae Ce Ce Ri Y FIG 15 CIRCUIT UNDER STUDY FIG 16 VECTOR DIAGRAM Cas 2 La Fig 17 repr sente un autre circuit l mentaire Utiliser comme G la source c a de l alimentation 12 ou 24Vca Utiliser comme L l inductance L1 int gr e dans l unit didactique A wi Ve VL Cc SN CP IL e FIG 17 CIRCUIT UNDER STUDY FIG 18 VECTOR DIAGRAM Observer que le circuit de la Fig 17 ne contient pas des l ments r sistifs et est donc id alement sans perte Le g n rateur ne d livre pas de puissance nette Pendant un demi cycle le g n rateur charge l inductance mais dans le suivant demi cycle cette puissance est renvoy e de l inductance au g n rateur La Figure 18 repr sente le diagramme vectoriel Le produit Q V I s appelle Puissance R active et repr sente la puissance qui s coule en avant ou en arri re en chaque demi cycle Exercice mesurer V et et calculer la puissance r active Cas 3 La Figure 19 repr sente un autre circuit l mentaire et la Fig 20 montre le relatif diagramme vectoriel C
125. ourant continu 12 15V stabilis e La prise I de la Fig 1 devrait tre connect e aux prises A ou B ou C au moyen d un morceau de fil d nud R gler Pl de sore que le dispositif s lectionn soit proche du point de commutation du comparateur Une variation de lumi re obtenue en cachant ou clairant le dispositif fera commuter le comparateur a photor sistance est sensible pratiquement toute la gamme de lumi re visible On peut pourtant l utiliser avec les lampes incandescence ou fluorescence La photodiode est essentiellement sensible aux rayons infrarouges Les meilleurs r sultats sont obtenus par l utilisation d une lampe incandescence ou de la lumi re du soleil Le phototransistor est aussi surtout sensible au rayonnement infrarouge toutefois son gain plus lev permet des bons r sultats par l utilisation d une lampe incandescence ou de la lumi re du soleil K K 15V DI 1N4007 R9 R1 R2 R3 C LED 1K5 4
126. ourant de collecteur instantan L oscilloscope doit tre fix pour le fonctionnement X Y La tension de collecteur en fait moins la chute sur R7 qui est n gligeable est affich e sur le canal X de l oscilloscope Le courant de base peut tre r gl en faisant varier la source variable tandis que R8 limite le courant de base maximum des valeurs tol rables FROM THE POWER SUPPLY VA GND D1 1N4007 gt 1SVAC RIT R1 RS R7 1K 3K3 SMALL SIGNAL 220 PNP AMPLIFIER SETUP NPN AMPLIFIER SETUP PARAMETE MEASUREMENT R3 ER 100k H Qo Dos bs BC327 N BC337 R2 3K3 fr ee ee ee AAA O RE ree a QU E E EC A T JT LAMA oe TE ET fi E e e x R9 Sp an E xr 150 2H doli Wf ai o dl T i3 B a ba a SS eee ee CUL ES fo ARA A AAA Q5 BDN93 Q6 IRF740 oe t E s 5 FET O O E
127. phase Shit 90 2 arc ct o Xe 10 et R1 100 Xce 100K DRAWN NOT TO SCALE ci 10K R3 R1 10K 100K REPRESENTATION OF THE IMPEDANCES OF IN THE COMPLEX PLANE Le travail pratique consiste r aliser les circuits pour v rifier le r sultat des trois exemples report s ci dessus Les circuits pour le test sont montr s dans les fig 18 19 et 20 z SWITCH 1 CLOSED BASIC OP AMP CONFIGURATIONS N b 44 C2 SM1 II Ce 3 RS Cem Cam om IS BC e R1 FROM V 1 R3 SINEWAVE Q P1 GENERATOR n 160Hz 1Vpp PER 1 U1 Pil FF R6 H R13 Re R11 R12 R7 pe KOH e 4 1 Ne 3 do zu p2 ni ALL SNITCHES OPEN y R8 d SW e else e cue gt CND OSCILLOSCOPE FIG 18 PHASE SHIFTER EXAMPLE 1 gt CH1 12CF18 SWITCHES 3 4 CLOSED BASIC OP AMP CONFIGURATIONS FROM RS SINEWAVE GENERATOR R4 160Hz 1Vpp R3 N H 9 OO ms R11 leier Q ALL SWITCHES OPEN v _ Xs cue GND O
128. pour que le signal passe du 1096 au 9096 de l amplitude finale La deuxi me partie de l exercice est d tudier la combinaison RL comme montr dans les figures 31 et 32 Les formes d onde observ es sont comme indiqu dans la Fig 33 et 34 En ce qui concerne les cas RC et CR tracer la tangente pour t 0 sur votre graphique et calculer la constante de temps T SQUAREWAVE 1KHz 0 5V OSCILLOSCOPE FIG 31 E1C4F31 L SQUAREWAVE R4 1KHz 0 5V o al OSCILLOSCOPE FIG 32 E1C4F32 A A Vo t Vo FTG 33 RFSPONSF OF THF RI CTRCUTT 0 632xVq T FIG 34 RESPONSE OF THE LR CIRCUIT E1C4F34 5 RESONANCE 5 1 Mesure d inductance Cette premi re exp rience n est pas strictement partie de l tude de la r sonance mais les r sultats des mesures effectu es dans cette exp rience seront n cessaires pour les suivantes L inducteur de l unit didactique se compose d une bobine enroul e sur un noyau de fer feuillet Un entrefer est pr vu dans le circuit magn tique par l interposition d une mince couche de mat riau isolant entre 2 tron ons cons cutifs Cela emp che l inducteur de la saturation jusqu au moins 12Vpp de signal alternatif appliqu L inducteur ayant un noyau ferromagn tique a une inductance L remarquablement d pendante de la fr quence du courant magn tisant Le but de cette exp rience est de mesurer l inductance dans la gamme 50Hz 3kHz qui est la gamme d un int r t part
129. pteur 3 ferm SWITCHES ARE TO BE SET AS EXPLAINED IN THE TEXT BASIC OP AMP CONFIGURATIONS ooo Hg MT OSCILLOSCOPE FIG 3 INVERTING AMPLIFIER 12CFS 1 4 Amplificateur inverseur en courant alternatif Avec la m me configuration que pr c demment d brancher P1 et appliquer un g n rateur sinusoidal fix pour 1KHz 1Vpp Fig 4 SWITCHES ARE TO BE SET AS EXPLAINED IN THE TEXT BASIC OP AMP CONFIGURATIONS SWL 5 RS R4 SINEWAVE 2 1KHz 1Vpp R1 RS o Re Ut d Re D R13 d H e CAL H9 R12 R7 O 4 4 1 2 Na pe hh R8 Pr SMS eo TEM N che gt GND FIG 4 INVERTING AMPLIFIER IN AC gt CH1 12CF4 OSCILLOSCOPE Noter que dans cette nouvelle configuration le condensateur C1 sert d coupler des possibles niveaux continus provenant du g n rateur sinuso dal Mesurer le gain en courant alternatif quand les interrupteurs 1 2 et 3 sont ferm s un la fois 1
130. que P2 arrive son d placement maximum sans que la condition de correction de l erreur soit rejointe Cela signifie simplement que nous sommes malheureux non pas que le travail ne peut tre fait l ampli op peut avoir subi des contraintes dans son histoire pass e qui aurait pu s rieusement changer ses caract ristiques d entr e CONNECT RS BY SWITCH 3 DISCONNECT ALL OF R7 R8 R9 R10 BASIC OP AMP CONFIGURATIONS CH1 GND OSCILLOSCOPE FIG 12 NULLING THE OUTPUT OFFSET 12CF12 1 12 D phaseur La fig 13 repr sente un amplificateur inverseur avec un diviseur de r troaction compos par Z et Z Zi Ze FIG 13 PHASE SHIFTER L imp dance est g n ralement d pendante de la fr quence On assume que une fr quence donn e Z1 et Z2 ont le m me module mais diff rentes phases Si une onde sinuso dale avec cette fr quence est faite passer travers l amplificateur elle sera soumise un changement de phase sans aucune variation en amplitude En d autres mots l amplificateur fonctionnera comme un d phaseur pur pour des ondes sinusoidales ayant cette fr quence C1 100K R3 10K FIG 14 EXAMPLE 1 EXEMPLE 1 Regardez la fig 14 D terminez premi r
131. r RE EE RE RP EE is Z a a z Ce Co a NES Si e Ke Lio Sho fale ei il bi WA fet jot loi S z 2 gt o So So jejo lo ay Ex fo 3 rej Er jax Qu UN US E Er io D x EI Ex LN ong a ui MM S a Fw y md ze El DE i 8 x z S m 2527 o a mee eo a aar mee proa nra rarcurtrrtr Q1 BD139 U1 LM317 Electron ss TP TP Ki I LI TT Y as S o zl P EN sje o sl a El t c c JS e 2 TP TP 2ke Lo 1p o gt 1 a do B TH ii i TP O B1138 E1 ELECTRONIC FUNDAMENTALS O E1BOARD 1 TECHNOLOGIE EN COURANT CONTINU Un GENERATEUR est un dispositif capable de d velopper une tension ses bornes de sortie Cette capacit des g n rateurs provient d une vari t de processus physiques lectrochimiques lectromagn tiques lectrothermiques etc Pour le moment nous nous int ressons seulement l utilisation du g n rateur comme un BOITE NOIRE avec deux bornes lectriques travers lesquelles une tension est d velopp e Une RESISTANCE est un dispositif deux bornes qui permet un COURANT de circuler internement d une borne l autre ou vice versa Les TENSIONS sont affich es ou mesur es par des VOLTMETRES qui sont des dispositifs avec deux bornes mettre respectivement en contact avec les points du circuit lectrique o nous voulons mesurer une tension
132. rants de toutes les branches est gale z ro Pour le n ud A lait hola 0 Pour le n ud B lgi lgo lg4 0 L exp rience est r alis e en ins rant un Amp rem tre son tour dans chacune des branches du r seau concern et en mesurant les courants Chaque courant doit avoir un signe nous supposer un signe pour les courants entrant dans un n ud et un signe pour les courants sortant du n ud Pour le n ud A vos mesures devraient tre les suivantes la 1 07mA Ls 0 19mA Le 0 88mA Ainsi que 1 07 0 19 0 88 0 R p ter pour le n ud B R8 4K7 R3 1K 15V IA1Y Ino 143 NODE A R4 10K TB 1 R9 47K Jos I 83 NopE B FIG 10 SETUP TO STUDY THE ist KIRCHHOFF LAW E1C2F19 2 Loi de Kirchhoff Voir la Fig 11 Dans ce r seau lectrique nous pouvons identifier 3 boucles ou mailles indiqu es comme A B C Le 2 Loi de Kirchhoff tablit qu en chaque boucle du r seau la somme alg brique de toutes les tensions travers les branches de la boucle est z ro Pour la boucle A V Vj4 V V 0 L exp rience consiste mesurer V Vp avec un Voltm tre et v rifier que leur somme est gale z ro On doit donner un signe chaque tension un si la pointe de la fl che repr sentant la tension dans la Fig 11 est plus positive que l autre extr mit de la fl che Un dans l autre cas Pour la boucle A nous mesurons Va
133. res et une prise m diane FIG 6 OUTPUT WAVESHAPE FROM THE CIRCUIT OF FIG 5 E1C7F6 7 2 2 Le redresseur pleine onde pont La Figure 7 montre le circuit l tude La forme d onde de sortie est le m me que celle indiqu e par la Fig 6 O MA V 03 GA TO 17VAC m e R3 1K pe AA 04 e O FIG 7 FULLNAVE BRIDGE CIRCUIT SCFL7 E1C7F7 7 2 3 Redresseur pleine onde avec condensateur de lissage La Figure 8 montre un condensateur de lissage connect la sortie du redresseur Ici on utilise le pont redresseur mais rien ne changerait dans l exp rience si le redresseur point m dian tait utilis la place 18 TO 17VAC Di FIG 8 FULLWAVE RECTIFIER WITH SMOOTHING CAPACITOR E1C7F8 La Figure 9 montre la forme d onde de sortie VLOAD En RIPPLE VOLTAGE N DIODES D2 D3 DIODES D1 D4 CONDUCTING CONDUCTING FIG 9 OUTPUT WAVESHAPE E1C7F9 Les observations effectuer sur la forme d onde de sortie incluent la mesure de la valeur moyenne de la tension et celle de la tension d ondulation Note afin de mesurer la tension d ondulation de sortie mettre l oscilloscope en mode d entr e AC et utiliser une chelle verticale de 100mV cm 7 2 4 Redresseur pleine onde avec cellule de filtrage LC Le sch ma l tude est montr dans la Fig 10 La cellule de filtrage LC plac e entre la sortie du redresseur et
134. riac Pourtant ce circuit ne peut pas tre essay tensions alternatives faibles Un minimum de 24 30 Vca est n cessaire Le Triac s allume avec un certain retard par rapport au d but de chaque demi onde quand il est pilot des angles d allumages faibles Le Triac une fois allum n cessite d un certain courant pour maintenir la conduction Pourtant le fonctionnement du circuit avec une charge r sistive est moins que parfait pour d angles d allumages proches de 180 FIG 5 TRIAC FIRING ANGLE CONTROL WAVESHAPE APPEARING ACROSS THE DEVICE 3 DISPOSITIFS OPTOELECTRONIQUES 3 1 Vue d ensemble La carte B1138 E4 comprend trois l ments dispositifs lectroniques photosensibles pour familiariser l tudiant avec cette cat gorie de dispositifs Ceux ci sont PHOTORESISTANCE PHOTODIODE PHOTOTRANSISTOR Voir La Fig 1 pour le lay out et voir la Fig 2 pour le sch ma du module didactique Pour facilit d utilisation des transducteurs le module didactique est quip d une r sistance appropri e de polarisation pour chaque dispositif Un comparateur est galement pr vu qui permet de comparer le signal lectrique produit par le transducteur en cours d examen une r f rence variable P1 fournissant ainsi un signal de sortie commut quand les conditions clairage choisies sont rencontr es Pour l utilisation pratique du module notez les points suivants Utiliser une source de c
135. s de vos mesures la r sistance des deux r sistances utilis es et comparer ces valeurs avec la valeur nominale de ces composants 1kQ et 1000 1 4 R sistance non lin aire la lampe incandescence La Caract ristique V l des Fig 4 et 5 est celle d une soi disant R sistance Lin aire un dispositif qui maintient une r sistance constante et inchang e dans toutes les conditions physiques Dans la pratique tous les mat riels ont une Caract ristique V I qui est intrins quement non lin aire et d pendant de param tres comme la temp rature les contraintes m caniques l ge etc Dans la plupart des cas il est souhaitable que les r sistances utilis es en lectronique aient des valeurs aussi constantes que possible et pourtant ces composants sont compos s de mat riels s lectionn s cet effet Dans certains autres cas une Caract ristique V I non lin aire peut s av rer utile des fins sp cifiques Nous allons examiner certains de ces dispositifs partir d une lampe incandescence ordinaire qui nous permet de comprendre le significat de Caract ristique V l non lin aire Mettre en place l appareil comme le montre la Fig 6 E 2 TO 18V OO i USE AS E THE VARIABLE SOURCE OF THE TRAINER USE FOR R THE LAMP FIG 6 RECORDING THE V I CHARACTERISTIC FOR THE INCANDESCENT LAMP E1C1F6 Le g n rateur de tension variable de l unit didactique est utilis pour alimenter une lampe incandescenc
136. s lequel l amplificateur est congu pour fonctionner C3 a aussi un effet de r duction du gain aux fr quences pour lesquelles C3 peut tre consid r un circuit ouvert le gain devient suivant la th orie A R3 R4 A l extr mit sup rieure de la gamme de fr quences de l amplificateur le gain est limit par les soi disant capacit s parall le c est dire la capacit parasite Base Emetteur et Collecteur Emetteur ainsi que les capacit s distribu es du circuit Pour un amplificateur comme celui l tude toutefois la fr quence limite sup rieure de fonctionnement peut tre de plusieurs dizaines de MHz et donc pas tr s pratique mesurer par des n ophytes Pour en tenir compte un condensateur de faible valeur a t ajout entre le collecteur et la masse sur l arri re du circuit et pas montr dans le sch ma Ce condensateur simule une plus grande capacit parasite pour le circuit et abaisse le point de coupure sup rieur des valeurs plus commodes L enregistrement de la caract ristique de la bande passante doit tre ex cut comme suit Connecter un g n rateur sinusoidal l entr e de l amplificateur et l oscilloscope double trace avec une sonde l entr e et l autre la sortie R gler le g n rateur pour une sinuso de de 10KHz et un niveau suffisant pour donner une sortie de 5Vpp Mesurer et enregistrer cette amplitude du signal d entr e qui doit tre maintenue inchang e pour tout
137. sortie Enfin tracer les r sultats sur un papier Log Log ou sinon sur un popier lin aire vertical et logarithmique horizontal calculant l att nuation du filtre en dB chaque point avec la formule V Aa 20 Log t3 Sur le m me graphique tracer une ligne horizontale 3dB de l amplitude de cr te et identifier les fr quences de coupure et la bande passante du filtre FROM THE SINEWAVE GENERATOR TIO ON HP FILTER FILTRE PASSE HAUT FIG 2 PRATICAL SETUP CH1 CH2 GND OSCILLOSCOPE E5C2F2 2 2 Les filtres Passe haut et Passe bas actifs L unit didactique comprend deux filtres actifs respectivement le Passe haut et le Passe bas montr s dans la Fig 3 L tude de ces filtres est effectu e d une mani re tout fait similaire au cas pr c dent du filtre Passe bas R21 3K3 A 15 C11 C1 6 4 10K 10K E 7 R22 10K INPUT O imi f OUTPUT V 15 LF347 R23 100K HIGH PASS FILTER CLT 39K 13 R28 R27 R26 x 14 INPUT 10k 10K DOK us E u T OUTPUT U3 R29 1K C16 1K LOW PASS FILTER FIG 3 THE HP AND LP FILTERS ESC2F3 3 OSCILLATEURS 3 1 Circuit astable avec un amplificateur op rationnel Cette exp rience a d j t
138. t e pour fournir une d viation pleine chelle de 250 unit s Le voltm tre appara t sch matis comme un microamp rem tre compl tement d vi plus une r sistance en s rie inconnue pour le moment Voir la Fig 1B I l l l e e sv l l FIG 1B EQUIVALENT CIRCUIT OF FIG 1A E1C3F1B Dans la Fig 2 ci apr s une r sistance de 100kQ est connect e en s rie avec le voltm tre et l indication de l instrument tombe des 250 unit s d origine une valeur de K unit s E 2 5V 2 5V F S FIG 2 MEASUREMENT OF Ri E1C3F2 Nous pouvons crire 2 5V 250 units R Fa K units R R Et donc Ro K RAR 250 partir de laquelle on calcule 250 L exercice suit donc les tapes suivantes R gler le testeur pour 2 5Vcc pleine chelle et le placer la sortie de l alimentation variable Regler cette derni re pour une d viation pleine chelle Ajouter une r sistance de 100k en s rie disponible sur l unit didactique Lire la nouvelle indication K unit s Ins rer ces valeurs 100kQ pour R et K pour K dans la formule de R Deuxi me partie de l exercice Calculer la valeur de la r sistance qui doit tre ajout e en s rie votre instrument 2 5Vcc pour tendre sa gamme 15V pleine chelle 3 3 L amp rem tre Un amp rem tre est un instrument pour mesurer les courants Il a d j t expliqu dans d a
139. teur d impulsions puisse r cup rer C10 d charger apr s chaque fonctionnement On notera que ce circuit fonctionne comme un diviseur de fr quence par 2 de la fr quence d entr e 2 4 Circuit astable La Fig 5 montre le principe du circuit astable les deux transistors sont polaris s dans leur r gion de conduction 15V t R10 R12 R13 R15 eke 100K 100K eke C6 ik fk T IF Q4 as BC337 BC337 FIG S BASIC ASTABLE CIRCUIT E3C2F5 La situation des deux transistors en conduction est cependant instable Une fluctuation al atoire du courant de fuite de transistor peut d ranger la situation et mener la saturation de l un des deux transistors et au blocage de l autre Apr s cette phase l une des deux capacit s maintenant un transistor l tat bloqu par exemple C7 maintenant Q4 bloqu tend se d charger travers la r sistance de polarisation de base R12 jusqu au point o Q4 se met en conduction et l op ration de basculement est r p t e La tension de collecteur de n importe lequel de ces deux transistors appara t comme un signal carr Ce circuit utilis souvent comme g n rateur de signal 2 5 Circuit Monostable La Fig 6 montre le principe du circuit monostable exp rimenter 1SV R10 R12 R13 R15 eK 100K 100K eK R11 47 0
140. u SCR Au contraire du SCR la caract ristique du troisi me quadrant du Triac appara t comme le premier tourn autour de l origine Le Triac peut fonctionner dans son ler ou 3 me quadrant avec des impulsions d amor age de toute polarit 2 4 Contr le de puissance c a avec DIAC et TRIAC La Fig 4 montre la configuration pour faire fonctionner le panneau comme un syst me de contr le de puissance c a TAGO610 P2 ES 100K R9 470 PN ENTREE C A 24 30V RE CH4 2K7 e A2 DIAC NAN Q3 R8 47 Ke 4 G Al S Dd o 1 2 ES ch D 47K T R7 10K GND FIG 4 AC POWER CONTROL WITH DIAC AND TRIAC 38CZF 4 Ce circuit est tr s similaire celui utilis pour les gradateurs d clairage les r gulateurs de vitesse des perceuses etc Ici R9 fonctionne comme une charge P2 et C2 d terminent le retard de phase de Vamorcage du Diac sur le d but de chaque demi onde de la tension d alimentation Le Diac d clenche le Triac qui conduit donc pour une fraction de cycle de la demi onde d termin e par P2 La Fig 5 montre la forme d onde aux bornes du Triac Noter que ce circuit est simple et efficace mais souffre de quelques troubles pratiques Le Diac n cessite d une tension d environ 5 12V ses bornes pour aller en conduction et fournir l impulsion d allumage la g chette du T
141. ucun dommage ne se produira en court circuitant les deux bornes Nous tra ons les deux valeurs dans un graphique comme celui de Fig 6 puis on tire une ligne entre les deux points C est la caract ristique de notre g n rateur r el OPEN CIRCUIT VOLTAGE SHORT CIRCUIT CURRENT 0 Ishort FIG 6 CHARACTERISTIC OF THE EQUIVALENT GENERATOR E1C3F6 Une caract ristique de ce genre pourrait bien tre donn e par les circuits de la Fig 7 et 8 Ces deux sont les circuits quivalents de notre source et nous pourrons utiliser Formattati Elenchi puntati e ces deux sch matisations dans tous les calculs concernant la solution du circuit Ge Rs Vopen Ishort Vopen FIG 7 EQUIVALENT VOLTAGE GENERATOR WITH SERIES RESISTANCE E1CSF7 Ishort Rp Vopen I short FIG 8 EQUIVALENT CURRENT GENERATOR WITH PARALLEL RESISTANCE E1C3F8 Proc der avec le travail pratique en mettant en place l appareil comme dans la Fig 5 puis mesurer la tension en circuit ouvert et le courant de court circuit Mettre ces valeurs dans un graphique comme celui de la Fig 6 puis calculer la r sistance interne quivalente de la source par le rapport Vopen Ishort Nous allons faire maintenant deux contr les pour voir si nos mod les fonctionnent POWER SUPPLY R4 10Kn FIG 9 CIRCUIT TO STUDY THE LOADED REAL GENERATOR E1C3F9 1er contr le Connecter une charge aux bornes A et B comme montr dans la Fig 9 Mesurer la t
142. ui permet la plus grande tendue du signal de sortie Expliquer cela Mesurer l amplitude du signal d entr e et de sortie avec l oscilloscope Calculer de ces chiffres le Gain en Tension de l amplificateur 1 3 Amplificateur metteur commun Mesure de la R sistance z d Entr e 15V SS gt P1 R3 R1 E mI 0K n 01 ci TO THE 20mVpo OSCILLOSCOPE SKHz CG R2 R4 21 08 SINENAVE e gt FIG 6 SETUP TO DETERMINE THE INPUT RESISTANCE OF THE CE AMP E3C1F6 La configuration utilis e pour cet exercice est montr e dans la Fig 6 Essentiellement la diff rence avec la Fig 4 est que nous avons maintenant une r sistance de 10KQ variable plac e en s rie avec le g n rateur qui fournit le signal l entr e de base La r sistance variable potentiom tre n est pas disponible sur la carte B1138 E3 et doit tre pr vue l ext rieur Le principe de la mesure est le suivant La r sistance variable de 10KQ Rv est initialement fix e 0 court circuit Le g n rateur est r gl pour une sinusoide de 10KHz et l amplitude est ajust e pour avoir une sinuso de sans distorsion de disons 5Vpp la sortie La r sistance variable de 10KQ Rv est lentement augment e de sa valeur initiale nulle un point o le signal de sortie de l amplificateur est r duit de moiti Cela se produit parce que l
143. urchauff s ou au chauffage anormal de tous les composants Imm diatement mettre hors tension l unit didactique dans ces cas SECTION EXPERIENCES AVEC LA CARTE B1138 E1 Tous les composants sont nomm s par les m mes symboles tels qu ils apparaissent dans le sch ma et les dispositions pratiques ce manuel Afin de mettre en place une exp rience l tudiant devra localiser chacun des composants de la carte dans le sch ma par son nom et ensuite faire les connexions n cessaires La disposition du circuit est montr e dans l image ci dessous ET CETTE CET a E e ty ts tel te s as e S S e E 0 ay e y y y lt aa L L LA L FA FA Fal Fol Fe a Q a a ki Li T I2V15 EE EEPEEP L
144. utres parties de ce manuel que pour faire fonctionner l amp rem tre le courant de mesure doit circuler travers lui L Amp rem tre doit donc tre plac en s rie avec le conducteur o le courant doit tre mesur Il a galement t expliqu que tous les Amp rem tres sont en effet n s comme Microamp rem tres L extension de la plage de mesure est obtenue en mettant des r sistances de valeur correcte en parall le avec le m tre de facon que seulement une fraction du courant de mesure circule dans l instrument Dans cet exercice nous allons appliquer le principe de d vier le courant sous mesure et d tendre la gamme de mesure d un amp rem tre Consid rer la figure 3 1K y Pa AMMETER PRESET FOR 19mA F S E 0 TO 10VDC gt FIG 3 CIRCUIT TO MEASURE R STEP 1 E1CSFS Un testeur portable est pr r gl pour la mesure de courant de 10mAcc Nous supposer d ignorer la r sistance interne de l instrument Ri L amp rem tre 10mA est plac en s rie avec une r sistance de 1kQ dont la fonction est de limiter le courant maximum et de prot ger l instrument La source de tension variable est r gl e pour une pleine chelle de 10mA A ce point une r sistance de 10Q disponible dans l unit didactique est connect e en parall le l instrument voir Fig 4 10mA F S E 0 TO 10VDC Im AMMETER Ry Im Rp Im FIG 4 CIRCUIT TO MEASURE R STEP 2 E1C3F4 L indication de ce dernier tomb
145. uvent pas exister dans ce monde Pouvez vous imaginer un g n rateur id al de tension d livrer un courant infini sur une charge de z ro ohm ou un g n rateur id al de courant vide lever sa tension une valeur infinie Dans la pratique les g n rateurs peuvent tre fabriqu s pour se comporter assez bien comme un type ou l autre dans une certaine gamme de fonctionnement Dans la pratique toute source de puissance lectrique peut tre suppos des fins d tude compos d un g n rateur id al de tension avec une r sistance en s rie ou un g n rateur id al de courant avec une r sistance en parall le Le but de cet exercice est de s exercer avec ces deux modes de sch matiser les g n rateurs r els Consid rer la Fig 5 POWER SUPPLY R2 100n O 8 FIG 5 CIRCUIT TO STUDY REAL GENERATORS E1C3F5 Ne tenons pas compte pour le moment de tous les l ments renferm s dans la zone en pointill s Nous pouvons supposer que A et B sont les bornes d une source d nergie lectrique g n rateur r el Nous allons tudier cette source Au d but on mesure la tension entre A et B vide Deuxi mement nous mesurons le courant de court circuit de la source c est dire le courant circulant entre A et B en court circuit Note ceci est tr s dangereux de faire dans un cas concret sauf quand nous sommes s rs que des niveaux de faible puissance sont impliqu s et quand nous sommes s rs qu a
146. venin Le Th or me de Th venin tablit que sous certaines conditions voir votre manuel de th orie le r seau renferm dans la ligne en pointill de la Fig 12 quivaut un g n rateur id al de tension VABO en s rie avec une r sistance interne RI Voir la Fig 13 Vaso est la tension entre A et B quand aucune charge n est appliqu e R peut tre facilement calcul par le rapport de Vag au courant de court circuit entre et B Passons aux travaux pratiques d brancher R9 et mesurer V avec un Voltm tre en courant continu placer un Amp rem tre entre A et B et mesurer le courant de court circuit NOTE mettre des courts circuits dans les circuits lectriques est dans la plupart des cas une proc dure tr s dangereuse Les courants lev s g n ralement impliqu s peuvent endommager les composants et m me tre dangereux pour les personnes Ici nous pouvons le faire puisque nous connaissons le contenu de notre bo te noire le courant de court circuit sera limit par la pr sence de R8 et R3 en s rie avec le g n rateur N oubliez pas toutefois que ce n est pas vrai dans tous les cas Revenant notre travail T VABO o Is courant de court circuit S Les r sultats de vos mesures et le calcul sera environ le suivant Vaso 9 55V 2 63mA s Ra 23 63ko 2 63 Le r seau initial Fig 12 devient quivalent celui de la Fig 13 qui permet une simple pr vision des tensions et des
147. verse est destructif pour les diodes l exception d un type particulier de diodes Zener qu on tudiera plus tard Une conduction mod r e dans la r gion inverse parfois appel e Courant de Fuite qui est pratiquement ind pendante de la tension inverse appliqu e Le Courant de Fuite est si faible qu on le peut pratiquement n gliger pour la plupart des applications L exercice propos consiste enregistrer point par point la caract ristique d une diode en utilisant le circuit de la Fig 10 R2 1000 R2 1000 E co To 10 PY y E co to tovy PY v A B FIG 10 CIRCUIT TO RECORD THE DIRECT A AND REVERSE B DIODE CHARACTERISTIC E1C1F10 Le tension d entr e doit tre r gl e pat tapes de O 10V pour explorer la zone de conduction directe et de 0 10V pour explorer la zone de conduction inverse Les r sultats devraient tre trac s dans un graphique dont l aspect devrait tre comme en Fig 9 1 10 La caract ristique de la diode Zener La Diode Zener est une diode fabriqu e pour avoir un claquage inverse non destructif La caract ristique de ce dispositif rassemble celle de la Fig 12 o la tension inverse de claquage peut varier selon le type de diode de peu de volts plusieurs dizaines La Diode Zener de l unit didactique a une tension de claquage inverse nominale de 3 6V L exercice propos consiste enregistrer point par point la caract ristique du
148. verseur en courant alternatif 1 5 Amplificateur non inverseur 1 6 Amplificateur non inverseur en courant alternatif 1 7 Le suiveur de tension 1 8 L amplificateur sommateur 1 9 L amplificateur diff rentiel 1 10 L amplificateur changeur d chelle 1 11 Correction du d calage OFFSET 1 12 D phaseur 1 13 Le comparateur 1 14 Multivibrateur astable 1 15 Vitesse de balayage Slew rate 1 16 Bande passante 1 17 Imp dance de sortie 2 FILTRES ACTIFS 2 1 Le filtre passe bande actif 2 2 Le filtre passe haut et passe bas actif 3 OSCILLATEURS 3 1 Circuit astable avec un amplificateur op rationnel 3 2 L oscillateur Pont de Wien 3 3 L oscillateur en quadrature INTRODUCTION Le B1138 A2 se compose d un robuste bo tier m tallique avec une grande surface frontale qui contient les l ments d usage g n ral dans les exp riences d Electronique Analogique Ces l ments comprennent l alimentation le g n rateur de forme d onde une plaque pour montage sans soudures et un tui pour les cartes interchangeable pr c bl es fournies avec l unit didactique Cette unit didactique est pourtant un moyen d enseignement moderne avec des fonctionnalit s pratiques et commodes Le B1138 A2 comprend Alimentation en courant continu 12V fixe et 0 24V variable les deux stabilis es et prot g es La source variable est quip e d un indicateur de tension num rique Alime

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