Académie d'Aix-Marseille Pédagogie
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REALISER UN GENERATEUR TRES BASSE FREQUENCE
Jean-Claude Desarnaud
professeur

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I- Objectif

Il s'agit d'étudier et de réaliser un générateur délivrant une tension en forme de créneaux dont la fréquence réglable peut atteindre des valeurs inférieures à 1 hertz.

II- Principe

Le générateur est construit autour d'un amplificateur opérationnel. La tension de sortie Us est délivrée entre la borne S et la masse.

 

  • Repérer sur le schéma les différents composants par un numéro.

  • Dresser la liste de ces composants.

III- Etude du fonctionnement

Construction du circuit

  • Afin de simuler le fonctionnement du circuit, représenter le schéma du montage à l'aide du logiciel Crocodile Clips

  • Dans le menu Affichage, désactiver les Voltmètres barres et les Flèches de courants

 

Visualisation de la tension de sortie

  • Connecter une voie de l'oscilloscope sur la sortie S du générateur.

  • Visualiser l'écran de l'oscilloscope puis procéder aux réglages (tension maximale : 13 V et durée entre deux divisions : 1 s).

  • Déclencher l'enregistrement sur l'oscilloscope et constater l'allure de la variation dans le temps de la tension de sortie, Us.

  • Faire varier la résistance réglable et constater l'influence sur la tension de sortie. Noter la valeur maximale de la période de la tension et celle correspondante de la résistance réglable. En déduire la fréquence minimale de la tension délivrée par ce G.T.B.F.

  • Sauvegarder votre circuit sous le nom de GTBF.

 

Observation des sens des courants

  • Ajuster la résistance réglable sur une valeur proche de 1 MW . Quelle est la seule borne de l'A.O. par laquelle un courant entre ou sort ? Justifier.

  • Quelles sont les branches du circuit parcourues par un courant ?

 

Fonctionnement de l'ampli-op

  • Afin de comprendre le fonctionnement de l'ampli-op, réaliser le montage suivant :

 

 

  • Agir sur le potentiomètre et observer l'allure de la tension de sortie, Us.

  • En déduire une condition sur U+ et U- pour que l'ampli-op bascule dans un sens puis dans l'autre.

 

Visualisation de la tension sur l'entrée inverseuse

  • Connecter la voie de l'oscilloscope utilisée précédemment sur l'entrée inverseuse de l'A.O.

  • Régler l'oscilloscope (tension maximale + 5V, minimale : - 5V).

  • Observer simultanément :

    • la construction de l'oscillogramme de cette tension.

    • le sens courant dans le circuit du condensateur.

Comment varie le sens du courant dans le circuit du condensateur en fonction de la tension aux bornes du condensateur ?

  • Imprimer cet oscillogramme.

  • Reporter sur cet oscillogramme le sens du courant dans le condensateur.

 

Rôle du condensateur

Afin de comprendre le rôle du condensateur nous allons réaliser deux expériences, l'une avec du matériel distribué et l'autre simulée.

  • A l'aide du matériel mis à votre disposition réaliser le montage ci-dessous :

 

 

  • Placer le commutateur en position 1 pendant un cours instant puis le basculer en position 2. Que constatez-vous ?

  • Comment interpréter cette observation ?

  • Construire le circuit ci-dessous à l'aide du logiciel :

 

 

  • Une voie de l'oscilloscope est connectée aux bornes du condensateur. L'oscilloscope est réglé pour une tension maximale de 6,0 V et un gain horizontal de 1 s / div.

  • Déclencher la prise de mesure en basculant le commutateur de la position 1 à la position 2 puis, au bout de 8 s environ, de la position 2 à la position 1. Noter les sens du courant entre A et M au cours de ces deux phases.

Quel rôle joue un condensateur ?

 

Visualisation des tensions sur les entrées inverseuse, non-inverseuse et sur la sortie

  • Connecter une voie supplémentaire de l'oscilloscope sur :

- l'entrée non inverseuse de l'A.O.

- la sortie S.

  • Observer l'oscillogramme des trois tensions :

 

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- expliquer l'allure des trois tensions

    • Comment fonctionne l'A.O. ?

 

IV- Réalisation du circuit

Conception du typon

Le circuit imprimé est la reproduction du typon.

Pour obtenir le typon on utilise un logiciel spécifique. Grâce à ce logiciel on peut obtenir le tracé du typon à partir :

  • du schéma théorique

  • du schéma d'implantation. Dans ce schéma on dispose et les composants tels qu'ils seront sur le circuit et on précise les connexions.

Dans les deux cas, le logiciel calculera la position des pistes et les tracera.

Schéma théorique

Typon (pistes filiformes par commodité)

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Implantation des composants

Souder les composants sur le circuit en respectant les règles de soudure telles qu'elles vous sont communiquées par votre professeur. On implantera dans l'ordre :

  • les rivets

  • les résistances

  • l'ampli-op

  • le condensateur

  • le potentiomètre utilisé ici en résistance réglable.

 

V- Utilisation du GTBF

Test du GTBF

  • Alimenter le GTBF et le connecter à l'oscilloscope afin de visualiser la variation dans le temps de la tension de sortie.

  • Observer la courbe de variation : est-elle conforme à celle prévue ?

  • Mesurer la valeur maximale de la tension délivrée.

  • Mesurer la période minimale et déterminer la fréquence maximale correspondante.

  • Réaliser le montage suivant :

 

 

Déterminer la période maximale de la tension délivrée à l'aide du chronomètre distribué. En déduire la fréquence minimale. Comparer cette valeur avec celle attendue : commentaire.

 

Réponse d'un dipôle RC à un échelon de tension

  • Réaliser le montage suivant :

 

 

  • Connecter la voie 1 de l'oscilloscope aux bornes du condensateur et la voie 2 aux bornes du GTBF.

  • Déterminer la durée pour que le condensateur soit complètement chargé. Comparer cette durée avec la valeur du produit R.C.

 

Annexe

Tension de sortie obtenue lors de l'étude de l'ampli-op utilisé en comparateur :

 

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Tension aux bornes du condensateur lors de l'étude de sa charge et de sa décharge à travers une résistance :

 

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Tensions de sortie du GTBF ainsi que les tensions sur les entrées inverseuse et non inverseuse :

 

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