Projet électronique appliquée

[invitea842fabc]

Bonjour à tous !

Je viens juste de m’inscrire sur le forum Futura-Sciences que j’ai déjà plusieurs fois consulté auparavant pour rechercher des informations et apprendre de nouvelles choses.

Aujourd’hui, j’ai besoin d’aide pour un projet d’électronique. Etant étudiant en 1ère bachelier sciences industrielles, il m’a été demandé de comprendre et de réaliser un convertisseur courant – tension (amplificateur à transrésistance) faisant intervenir des amplificateurs opérationnels dans le cadre du cours d’électronique appliquée.

Le projet consiste à :
• Réaliser le schéma du circuit électronique
• Simuler le schéma électronique (PSpice / Multisim 9)
• Réaliser le circuit électronique
• Mesurer les performances du circuit électronique (caractéristiques statiques et dynamiques, gains en courant et en tension, résistances d’entrées et de sorties, réponse en fréquence) en utilisant les appareils de mesure du laboratoire
• Valider les performances du circuit électronique (par calcul)


Après plusieurs recherches, j’ai sélectionné le schéma électronique trouvé dans les notes d’un ami étudiant en électromécanique. (à voir en pièce jointe)



Le circuit a déjà été réalisé et testé. Lors du test, l’ampli op a complètement grillé.
Je pense qu’il y a des erreurs dans ce schéma. Pour moi, les résistances utilisées sont trop faibles et ont causées l’endommagement de l’ampli op.



J’ai déjà calculé quelques caractéristiques du circuit :

Par calcul

Dans ce montage, la source de courant envoie un courant Iin de 15 mA.

Nous savons que pour un amplificateur à transrésistance typique Vout = - ( iin . Rf ),
donc Vout = - ( 15.10-3 . 101.8 ) = - 1,527 V

et Vin = Iin . R1 = 15.10-3 . 1,5 = 22,5.10-3 V = 22,5 mV

Le gain en tension est égal à Vout/Vin = -1,527 / 22,5.10-3 = - 67,87

Vu que U=RI, I out = V out/ Rout = -1,527 A

Le gain en courant est égal à Iout/I in = -1,527/15.10-3 = -101,8

Résistance d’entrée : 1,5 Ohms

Résistance de sortie : 1 Ohm


Par simulation (Multisim)

Voir pièces jointes

Nous pouvons remarquer que les résultats de la simulation coïncident avec ceux déduit par calcul. Le Channel A de l’oscilloscope représentant la tension Vin et le Channel B la tension Vout.

Valeurs calculées : Vin = 22,5 mV et Vout = -1,527 V

Valeurs relevées sur la simulation : Vin = 22,5 mV et Vout = -1,522 V


Vu que mon professeur d’électronique n’est pas trop coopératif avec ses élèves, le peu d’explications qu’il a donné et que je suis débutant en électronique, je me retourne vers vous.

Quelles résistances dois-je utiliser pour mon montage ?

La tension d’alimentation de l’ampli op est apparemment correcte (vérifiée dans la Datasheet)


Comment trouver la réponse en fréquence de ce circuit ?

Merci d’avance pour votre aide !
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[louloute/Qc]

Bonjour Pj1089,

1) Si tu disposes d’une source de courant, R1 est inutile.
2) Aucun AOP ne peut fournir à R4 =1Ω

Plutôt que de copier les boulots inachevés et probablement mal commencés d’un autre, tu pourrais partir le tien.

L’idée n’est pas méchante du transimpédance, je te suggèrerais de prendre comme source de courant une photodiode. D’une part c’est une excellente source de courant très linéaire, d’autre part après avoir réussi un montage de base d’un transimpédance, tu peux pousser un peu plus loin les recherches en modulant par un signal carré la LED coiuplée à la photodiode servant à ton transimpédance pour découvrir (Oh merveille!) que la capa en parallèle avec la photodiode fait chier grave, mais qu’en remplaçant la résistance de feedback par un R-C parallèle, on compense facilement ce défaut.

Résultat une mention assurée, mais il faut aussi que tu y mettes du tien.

[PIXEL]

Le circuit a déjà été réalisé et testé. Lors du test, l’ampli op a complètement grillé.

la lecture du mode d'emploi du LM 318 :
http://pdf1.alldatasheet.com/datashe.../TI/LM318.html

et la (ré?)vision de la loi de monsieur Georg Simon Ohm, en principe apprise au lycée...

eurent permis de prédire cette issue fatale:

AVANT de faire de l'électronique , il est nécessaire de maitriser la PHYSIQUE !

sinon la physique se rappelle à nos bons souvenirs , de manière souvent fumante

[invitea842fabc]

Merci louloute/Qc et PIXEL pour vos réponses !

@ PIXEL :

Effectivement, j'ai mal lu la datasheet. Pour le LM318, 10 mA max en entrée.


@ louloute/Qc :

1) Si tu disposes d’une source de courant, R1 est inutile. (car elle n'induit qu'une chute de tension je suppose?)

2) Aucun AOP ne peut fournir à R4 =1Ω (excuse-moi mais je ne comprend pas ?)

[A voir en vidéo sur Futura]

[PIXEL]

@ PIXEL :

Effectivement, j'ai mal lu la datasheet. Pour le LM318, 10 mA max en entrée.

et tu as ENCORE mal lu....

dans ce cas , je ne peux plus rien pour toi

[gienas]

... Pour le LM318, 10 mA max en entrée ...

Bonjour à tous

Aie! Les quiproquos continuent. L'ordre de grandeur du courant d'entrée n'est pas de cet ordre. Il est considéré comme nul.

... Aucun AOP ne peut fournir à R4 =1Ω (excuse-moi mais je ne comprend pas ?)

La loi d'Ohm, invoquée par PIXEL devrait te permettre de déterminer le courant traversant R4. Ensuite, tu te poseras la question de savoir qui fournit ce courant.

[invitea842fabc]

et tu as ENCORE mal lu....

dans ce cas , je ne peux plus rien pour toi

Désolé PIXEL mais mon prof ne nous a pas expliqué comment lire une datasheet et tout le vocabulaire technique associé. Que signifie Input Bias Current ?

L'ordre de grandeur du courant d'entrée n'est pas de cet ordre. Il est considéré comme nul.

Bonjour gienas et merci également de ton aide.
Je viens également de lire dans un manuel d'électronique:
Règle d'or pour les ampli op : Les courants d'entrée de l'amplificateur opérationnel sont négligeables.
Vu que l'impédance d'entrée des ampli op est aussi très élevée, la "presque" totalité du courant que fournit l'injecteur de courant doit alors passer par la maille R2 - R3 ?

La loi d'Ohm, invoquée par PIXEL devrait te permettre de déterminer le courant traversant R4. Ensuite, tu te poseras la question de savoir qui fournit ce courant.

U = R.I => I = U/R avec U = tension de sortie de l'ampli op = - 1,527 V et R = R4 = 1 Ohm

Donc, pour mon schéma, I out = U out = - 1,527 A : le courant (qui est fourni par l'injecteur de courant) devrait avoir la même valeur que la tension de sortie de l'ampli op, ce qui n'est pas possible..Il faudrait donc une résistance R4 beaucoup plus élevée ?

Hypothèse:

Si le courant fourni par l'injecteur : I = 10 mA
Si U out = 1,527 V alors : R = U/I = 1,527/10.10-³ = 152 Ohm

Merci de votre aide

[invitea842fabc]

Bonjour à tous !

Je viens de résoudre mon circuit avec les lois de Kirchhoff afin de trouver les potentiels entre les nœuds et les courants qui circulent dans les branches avec mes données.

Pour cela, j'ai considéré mon ampli op comme un ampli op idéal. Il en découle donc 2 règles :

Règle 1: Tout se passe comme si les tensions sur les deux entrées de l'aop étaient égales.

Règle 2: Les courants d'entrée de l'aop sont négligeables.

La résolution est en pièce jointe.

La loi d'Ohm, invoquée par PIXEL devrait te permettre de déterminer le courant traversant R4. Ensuite, tu te poseras la question de savoir qui fournit ce courant.

Désormais, je pense que le courant (1,527 A) circulant dans R4 est fourni par l'aop. Mais apparemment, comme louloute/Qc l'a dit, aucun AOP ne peut fournir cette intensité.

Qu'en pensez-vous ? La résolution du circuit est-elle correcte (sens du courant, ect...) ?

Merci d'avance.

[Tropique]

Bonjour,

Merci de respecter les http://forums.futura-sciences.com/el...-sabonner.html et de représenter l'image en un format autre que le pdf, réservé aux documents complexes et multipages.

[invitefae3ce14]

Règle 1: Tout se passe comme si les tensions sur les deux entrées de l'aop étaient égales.

Si tu es en régime linéaire de l'AOP oui. Si tu passes en saturation ça ne sera plus vrai. Connaitre les règles c'est bien, savoir les hypothèses desquelles elles découlent c'est beaucoup mieux.

Ensuite, oui il s'agit bien de ton Ampli Op qui doit te fournir le courant de sorti.

Et enfin, il faudrait poster correctement l'image de ton circuit résolu pour qu'on puisse te dire si ça va ou non.

cordialement.

[invitea842fabc]

Désolé pour le post du scan en pdf. Voici ci-joint l'image du circuit résolu en JPEG.

Si tu es en régime linéaire de l'AOP oui. Si tu passes en saturation ça ne sera plus vrai. Connaitre les règles c'est bien, savoir les hypothèses desquelles elles découlent c'est beaucoup mieux.

Bonjour degolass et merci de ton aide. Je pensais que j'étais d'office en mode linéaire. A l'école, j'ai appris cela :

Mode linéaire :

S'il existe une liaison entre la sortie S et la borne d'entrée inverseuse e- de l'AOP par un composant de type R, C… on dit qu'il y a une contre réaction (ou réaction négative). L'amplificateur opérationnel fonctionne alors en mode linéaire. On admet alors l'hypothèse e+ = e- soit e = 0.

De plus, pour un montage à contre réaction (voir Figure 1 en pièce jointe), si l'on suppose que l’AOP fonctionne dans sa zone linéaire, on a e = 0 , soit Ve = R1 . I et Vs = -R2 . I, d’où le gain en tension du montage : Vs/Ve = -R2/R1 = Av

Cette relation reste valable tant que la tension d’entrée reste inférieure à maximum Ve max conduisant à la saturation de l’AO pour laquelle Vs = ±Vsat , soit : Ve max = Vsat/Av

Pour mon circuit, j'ai Av = Vs/Ve = 1,527/0,0225 = 67,87
Ve max = Vsat/Av = 15/67,87 = 0,221 V > Ve = 0,0225 V
donc, apparemment, la relation reste valable.

[invite4f569bfe]

salut!
si ca peux t'aider, je pense que tu peux t'inspirer de ce site : http://www.abcelectronique.com/composants/recherche.php tu y trouvera pas mal de circuits qui pourront te servir pour ton projet!

[Gérard]

Regarde ici :http://etronics.free.fr/dossiers/ana...50/ampliop.htm

Presque en bas de page, multivibrateur astable, on reboucle sortie sur e- et pourtant ce n'est pas un montage linéaire.

c'est une exception à la règle.

[invitea842fabc]

Regarde ici :http://etronics.free.fr/dossiers/ana...50/ampliop.htm

Presque en bas de page, multivibrateur astable, on reboucle sortie sur e- et pourtant ce n'est pas un montage linéaire.

c'est une exception à la règle.

Me voilà perdu. Comment savoir si je suis en mode linéaire ou pas alors ?

Merci

[Gérard]

Me voilà perdu. Comment savoir si je suis en mode linéaire ou pas alors ?

Merci

En regardant bien, tu verras qu'il y a rebouclage vers e- ET vers e+.

[invitea842fabc]

En regardant bien, tu verras qu'il y a rebouclage vers e- ET vers e+.

Oui j'ai bien remarqué. Je suppose que c'est un cas particulier alors. Donc, pour mon circuit, je suis bien en mode linéaire ? ou il peut encore avoir une exception?

[Gérard]

Ton circuit est en mode linéaire.

[invitea842fabc]

Ton circuit est en mode linéaire.

Merci Gérard. Tu m'avais fait peur :-p

Quelqu'un saurait-il me dire si la résolution de mon circuit est correcte svp (sens des courants, ect...) ? Elle se trouve en pièce jointe du message 11 de cette discussion.

Merci !

[Gérard]

Merci Gérard. Tu m'avais fait peur :-p

Ce n'était pas le but, je voulais attirer ton attention sur une exception.

Quelqu'un saurait-il me dire si la résolution de mon circuit est correcte svp (sens des courants, ect...) ? Elle se trouve en pièce jointe du message 11 de cette discussion.

Merci !

Le schéma tel quel ne peut pas fonctionner, les valeurs de résistances sont beaucoup trop faible.
L'ampli ne pourra jamais fournir le courant demandé.

simuler, c'est faire semblant
Cabler et tester, c'est la vrai vie

[invitea842fabc]

Tout d'abord, merci de ton aide Gérard.

Le schéma tel quel ne peut pas fonctionner, les valeurs de résistances sont beaucoup trop faible.

Comment savoir quelles résistances utiliser ? Comment savoir si elles résisteront aux courants imposés, y a t-il un ordre de grandeur minimum ? Y a t-il une loi, des calculs a effectuer afin de savoir si les résistances vont "résister" aux courants ou griller ?

L'ampli ne pourra jamais fournir le courant demandé.

Même chose pour l'ampli, comment savoir quel courant maximum il pourrait fournir ?

simuler, c'est faire semblant
Cabler et tester, c'est la vrai vie

J'ai déjà testé la vraie vie et elle s'est avérée assez fumante pour moi

[Gérard]

Tout d'abord, merci de ton aide Gérard.



Comment savoir quelles résistances utiliser ? Comment savoir si elles résisteront aux courants imposés, y a t-il un ordre de grandeur minimum ? Y a t-il une loi, des calculs a effectuer afin de savoir si les résistances vont "résister" aux courants ou griller ?

Pas de valeurs trop faible ni trop élevée.
Trop faible : les courants seront trop forts.
Trop faible : le montage sera sensible aux parasites. (CEM)
entre 10 et 100K

Même chose pour l'ampli, comment savoir quel courant maximum il pourrait fournir ?

C'est écrit dans les docs.

J'ai déjà testé la vraie vie et elle s'est avérée assez fumante pour moi

C'est pas l'erreur qu'on apprend, tout le monde à fait partir des composants en fumée.

[invitea842fabc]

Pas de valeurs trop faible ni trop élevée.
Trop faible : les courants seront trop forts.
Trop faible : le montage sera sensible aux parasites. (CEM)
entre 10 et 100K

Ok. Dans la datasheet de l'ampli op (LM318), j'ai vu que les résistances employées pour les circuits typiques variaient entre 1K et 10K.


Voici quelques termes de la datasheet que j'espère avoir bien compris :


Maximum bias current of 250 nA
Courant de polarisation maximum de 250 nA

Operates from supplies of ±5V to ±20V
Fonctionne à partir d'alimentation de ±5V à ±20V

Differential Input Current (Note 3) ±10 mA
Courant d'entrée de ±10 mA ?

Input Voltage (Note 4) ±15V
Tension d'entrée de ±15V

Supply Current TA = 25°C 10 mA
Courant d'alimentation de 10 mA

Maximum peak output voltage swing ±13 V
Tension de sortie max ±13 V


Merci

[Gérard]

En contre-réaction tu peux aller à 100K pour la résistance.

[invitea842fabc]

Merci Gérard.

Je suis en train de "concevoir" mon nouveau circuit mais plusieurs choses me turlupinent.

J'ai choisi un courant d'entrée de 10 mA (Differential Input Current ±10 mA) et une résistance d'entrée R1 de 1,5 K afin d'avoir une tension d'entrée à l'aop de 15 V (Input Voltage ±15V).

Si je prends une résistance R2 de 100 K pour la contre réaction, cela va engendrer une chute de tension de 1000 V (avec courant d'entrée de 10 mA). Cette chute de tension devra être équilibrée et selon la loi des mailles, j'aurais une différence de potentiel d'environ 1000 V entre la sortie de mon aop et la masse. Cela n'est-il pas trop élevé ? Ne faut-il pas respecter "Maximum peak output voltage swing ±13 V" qui, je suppose, signifie "tension de sortie max ±13 V" ?

Est-ce que "Supply Current 10 mA" signifie que le courant d'alimentation de l'aop est de 10 mA ou que le courant que peut fournir l'aop est de 10 mA ?

La feuille de calcul est en pièce jointe.

Merci

[Gérard]

Si le rapport R2/R1 (R contre-réaction / R d'entrée) est trop élevé, tu ne seras plus en mode linéaire et tu n'auras jamais une tension en sortie de l'AOP > tension d'alim - tension de déchet des transistors de sortie.
Dans ton cas voir "output voltage swing"

[invitea842fabc]

Mon projet a été présenté et est réussi!

Merci à Gérard et à tous les autres pour votre aide.

[Gérard]

Mon projet a été présenté et est réussi!

Merci à Gérard et à tous les autres pour votre aide.

Cool pour ta présentation, je suis content d'avoir pu aider.