URGENT : Fonctionnement suiveur de tension

[invitef21aa9a6]

Bonjour,

Je suis en 1°S et je taf sur les ampli-op pour mon TPE.

J'illustre mon exposé avec l'exemple du suiveur de tension.



Voila l'explication que j'ai trouvé dans un site :

Si au moment où on allume le circuit, la sortie sort 4.5 V, et U1 vaut 2 V, comment va réagir l'ampli op ?

Réponse : l'ampli op aura 4.5 V à son entrée "-", et 2 V à son entrée "+". Comme 4.5 est plus grand que 2, il va baisser rapidement la tension de sortie. Au moment où la tension de sortie passe par 2 V, il y aura 2 V à l'entrée "-". Ayant la même chose aux deux entrées, l'ampli op ne touche plus à rien, et garde 2 V à sa sortie. U2 = U1.

Donc ce site affirme que quand l'ampli-op a les deux entrées au meme potentiel, donc quand epsilone (e+-e-) = 0, l'ampli ne touche plus a rien.

Pourtant, dans certains sites, on retrouve le schéma suivant où epsilone est en abcisse et Vs en ordonnée :



On en déduit alors que si epsilone = 0 alors Vs = 0.

Alors il y a contradiction entre les sites si je ne m'abuse.

Merci de me dire qui a raison et de me corriger si je dit des conneries
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[gienas]

Bonsoir Pascal le nain et tout le groupe

Rassure toi, les deux sites ne sont pas en contadiction

D'abord, ton schéma est bien celui du suiveur qui "recopie" en sortie, ce qu'il y a sur l'entrée e+.

L'ampli se stabilise quand la différence de tension qu'il y a entre les deux entrées est nulle. On suppose pour cela, que l'amplification théorique de cet ampli est infinie. En réalité, elle est supérieure à 100000.
Cette condition de stabilité ne peut être obtenue pratiquement (et donc de manière "durable") qu'en boucle fermée, c'est à dire avec une contre réaction, c'est à dire un rebouclage de la sortie vers l'entrée e-.

Le second graphique suppose l'ampli en boucle ouverte. C'est seulement autour d'une différence de tension nulle entre e+ et e- que l'ampli peut voir sa sortie varier, et en dehors de cette zone (de quelques µV) on se trouve à saturatio à +Vcc si e+ est positif par rapport à e-, et -Vcc dans le cas contraire.

En espérant t'avoir aidé

[invite30d411fd]

- En boucle ouverte

Comme le gain est d'environ 100000 (10^5) et que l'amplificateur est alimenté sous -10 à 10V pour faire simple, epsilon ne pourrait varier que de -0.1mV à 0.1mV ce qui ne correspond pas à une réalité physique, le bruit électronique ferait saturer constamment ta sortie.
Le bruit électronique c'est dû à l'effet antenne de tes fils qui capteront tous les champs du coin (télé, radio, wifi, secteur, interrupteurs), à l'agitation thermique qui crée localement des petites variations de potentiels, etc...

Il faut donc controler l'entrée par la sortie en les reliant avec un fil, une résistance ou autre chose.




- En rebouclage

Si on reliait le e- à la masse et le e+ à la sortie, il suffirait de la moindre perturbation pour que e+ vale plus de 0.1mV et que la sortie sature à +10V, e+ ne pourrait plus jamais baisser !
Si on relie e+ à la masse et e- à la sortie, si la sortie est saturée à +10V, e- vaudra +10V et donc epsilon sera négatif donc la sortie essayera de valoir -10V. Donc e- vaudra -10V soit un epsilon de 10V donc la sortie essayera de valoir +10V... Et ainsi de suite, un équilibre s'établit. C'est pareil si tu mets n'importe quelle tension en entrée e+ et en reliant la sortie et le e-.

Tous les montages stables à AOP sont faits en reliant la sortie à l'entrée - par un quelconque moyen. Et ce moyen change l'utilité du montage, on peut additionner, soustraire, intégrer, dériver, inverser, amplifier, filtrer...

[invitef21aa9a6]

Desolé mais j'ai rien compris

Qu'est-ce que le gain d'un ampli ? et qu'est-ce qu'une impédance ? Les sites en parlent comme si on était sensé déja tout savoir

[A voir en vidéo sur Futura]

[gienas]

Bonjour Pascal le nain et tout le groupe

Par "chance", ce n'est pas nous qui avons utilisé ces termes

Cela risque de t'être difficile à comprendre si des termes importants ne sont pas compréhensibles pour toi.

Le gain est une "autre" façon de désigner l'amplification. Un gain nul équivaut à une amplification de 1, rapport entre la tension de sortie et la tension d'entrée. On peut dire que l'ampli ne nous a rien fait gagner.
Un "grand" gain, c'est une forte amplification, tension de sortie beaucoup plus grande que la tension d'entrée.

Pour être un peu plus "général", on préfèrera remplacer les termes tension (entrée ou sortie) par niveau du signal ou quelque chose du genre.

L'impédance c'est équivalent à la résistance, mais plus particulièrement quand le signal à traiter (nous y voilà) est alternatif. La résistance est un composant particulier dont le comportement est le même aussi bien en continu qu'en alternatif.
Les condensateurs et les inductances viennent compliquer le comportement des circuits, par leur association avec des résistances, et l'on vient à déterminer leur "résistance au passage du courant alternatif" que l'on va nommer impédance.

[invitef21aa9a6]

Merci de m'aider !

Alors en fait il suffit d'augmenter la tension d'alim de l'ampli-op pour augmenter le gain, non ?

J'ai pas compris pour l'impédance ^^

[gienas]

il suffit d'augmenter la tension d'alim de l'ampli-op pour augmenter le gain

Non, le gain ou l'amplification est indépendant de la tension d'alimentation.

Le rôle d'un amplificateur, c'est de traiter un signal, en lui apportant une amplification. Si l'on mesure l'amplitude du signal par sa tension, l'amplification en tension Av de l'ampli sera le rapport
Av=Vs/Ve
avec Vs la tension de sortie, et Ve la tension d'entrée.

J'ai pas compris pour l'impédance

Sais-tu au moins ce que représente la notion de résistance?

[invitef21aa9a6]

Bin oui je sais ce qu'est une résistance

[gienas]

oui je sais ce qu'est une résistance

Tant mieux

Tu sais donc que la résistance s'oppose au passage du courant (elle résiste à ce passage), d'autant plus qu'elle est grande.

Elle résiste autant en continu qu'en alternatif. Elle ne fait aucune différence.

Les deux autres composants "élémentaires" ont des comportements très différents, voire symétriques ou complémentaires.

L'inductance L résiste au passage du courant alternatif, mais laisse passer le courant continu. Elle résiste d'autant plus que la fréquence du signal alternatif est grande. Son impédance ZL=Lw est proportionnelle à la fréquence f, avec w=omega=2*pi*f, c'est la pulsation.

Le condensateur C bloque le continu (présente une résistance infinie) mais laisse passer l'alternatif, d'autant plus que la fréquence est élevée. Son impédance ZC=1/Cw est inversement proportionnelle à la fréquence.

Dans la réalité, les circuits à qui l'on présente des signaux alternatifs (tels que ceux des amplis audio par exemple) ne sont que rarement des résistances pures mais des combinaisons plus ou moins complexes des trois composants élémentaires R, L et C.

Du coup, à la fréquence de travail (ou la bande de fréquence), on ne doit pas considérer la seule résistance, mais l'association des 3, que l'on appelle impédance (d'entrée, de sortie, de charge ...), sur laquelle on applique une "autre" loi d'Ohm:
U=Z*I

Heu... On s'est un peu écarté de l'ampli OP et du suiveur

[PA5CAL]

Bonjour

L'AOP amplifie la différence des tensions entre l'entrée (+) et l'entrée (-). Le gain étant normalement très élevé, une tension de sortie de l'ordre du volt ou de la dizaine de volts implique que cette différence de tension d'entrée est très faible, tellement faible qu'on admet qu'elle est nulle.

En faisant l'hypothèse qu'il n'y a pas d'offset (décalage de tension) sur les entrées (ce qui n'est en pratique jamais vrai, parce que rien n'est parfait), si l'entrée (+) est à 2V alors:

- avec un gain de 1000, la sortie et l'entrée (+) sont à 2x1000/1001=1,998V (soit un epsilon de 0,001998V)

- avec un gain de 100000, la sortie et l'entrée (+) sont à 2x100000/100001=1,99998V (soit un epsilon de 0,0000199998V)

- dès qu'on a un ampli avec un gain suffisamment élevé, on peut donc admettre que la sortie et l'entrée (+) sont à 2V, et donc que la différence de tension entre les deux entrées est nulle.

[invite14532198711]

La zone linéaire n'ai pas exploitable je pense, ou alors avec un AOP qui aurait un k très faible....Vu qu'en général on est au alentours de 100000, ça rejoint ce que disait PA5CAL.

[invitef21aa9a6]

Mais comment calcule-t-on le gain. J'ai compris que c'est le rapport entre Vs et E donc Vs/E. Si je calcule pour un montage standard, mettons que E- = 9V et Vs = +15V : Gain=15/9=1,7, et non pas un nombre de l'ordre de 10⁵ !!!

Et je n'ai pas compris a quoi sert l'explication des résistances, condensateurs et inductance (et aussi pourquoi les inductance resistent au courant alternatif)

Desolé pour le boulisme (fait d'être boulet)

[gienas]

je n'ai pas compris a quoi sert l'explication des résistances, condensateurs et inductance

Elle répond à ta "question"

J'ai pas compris pour l'impédance

Je crois que tu es fatigué

[PA5CAL]

Mais comment calcule-t-on le gain. J'ai compris que c'est le rapport entre Vs et E donc Vs/E. Si je calcule pour un montage standard, mettons que E- = 9V et Vs = +15V : Gain=15/9=1,7, et non pas un nombre de l'ordre de 10⁵ !!!
(...)

Cette façon de voir n'est qu'une manière d'expliquer le fonctionnement de l'AOP monté en suiveur. On dit en substance que si la différence de tension entre les entrées est notable, alors la tension de sortie évolue de manière à réduire cette différence jusqu'à ce qu'elle soit nulle (disons plutôt négligeable, puisqu'au final, le epsilon n'est pas nul, mais presque).

Le gain de l'amplificateur est une valeur fixée par construction, figée dans le silicium je dirais. Il correspond à la pente de la "Zone linéaire" de la courbe de ton premier post.

Ecrire "Gain=15/9=1,7" n'a donc aucun sens, parce que si E=9V, alors on ne se trouve pas dans cette zone, mais dans la zone de saturation (partie horizontale de la courbe en haut à droite).

Si par exemple tu avais Vs=10V (<Vsat) et E=0,002V, alors tu pourrais en déduire que le gain est de 10/0,002=5000.

Concernant les explications de gienas sur les condensateurs et les inductances, il est préférable que tu voies ça en dehors de ce problème d'AOP suiveur, parce que ce n'est pas utile à l'explication du problème, que ce n'est pas trop le sujet, et que ça risque de t'embrouiller l'esprit. Chaque chose en son temps. Pour satisfaire ta curiosité, fais plutôt quelques recherches sur le forum ou ouvre un autre fil sur le sujet.

[gienas]

Concernant les explications de gienas sur les condensateurs et les inductances, il est préférable que tu voies ça en dehors de ce problème d'AOP suiveur

C'est bien aussi mon opinion.

Peut-être aussi, Pascal le nain est troublé par tous ces gains ou amplifications. Il faut en effet distinguer:

-l'amplification interne du composant AOP (en boucle ouverte, > 100000),

-l'amplification du montage bouclé avec sa contre réaction, qui, dans le cas du suiveur est de 1.

[invitef21aa9a6]

MMmMmmmmmh vous m'embrouillez encore plus ^^

[PA5CAL]

Peux-tu préciser ce qui te trouble ?

Trouves-tu toujours une contradiction entre les deux explications que tu exposais dans ton premier post ?

[invitefe13849d]

Desolé mais j'ai rien compris

Qu'est-ce que le gain d'un ampli ? et qu'est-ce qu'une impédance ? Les sites en parlent comme si on était sensé déja tout savoir

Pour faire simple le montage que tu étudie est à base d'ADI ou AOP si tu prefert !
Or ce circuit à deux régime de fonctionnement : Linéaire et Saturation !
Le montage suiveur est en régime linéaire (car la sortie est relié sur l'entrée e-).
Ce montage n'à pas pour but d'amplifier ! Il est utilisé dans le traitement du signal ! Petit exemple simple : tu veut utiliser le signal émis par un capteur pour celà il te faut un signal parfait qui ne soit pas atténuer sinon sa mesure n'est plus valable ! Or ce signal va être perturbé par l'impédance (résistivité) ce qui va l'atténuer ! Pour éviter celà on utilise un montage dit Suiveur ou encore Adaptateur d'impédance, c'est le montage dont tu parle.
Son but est de délivré en sortie le même signal qu'il à sur son entré e+, ainsi le signal n'est pas perturber !
Quand ont parle d'ADI en régime linéaire on parle forcément d'amplification (Av), or c'est la tension de sortie sur la tension d'entré !
Ici la tension de sortie est U2 étant relié à l'entrée e-, U2=e- ; et la tension d'entré est U1 (relié à e+) donc U1=e+.
Donc ici or comme l'ADI fonctionne en régime de linéaire on à V+=V- donc Av = 1, il n'y à pas d'amplification !

C'est un peut difficile de t'expliquer des notions que tu ne connais pas mais bon si ta d'autres questions ...

[invitef21aa9a6]

Je trouve les deux toujours en contradiction :

L'un dit que si les deux entrées sont égales, Vs=0, et l'autre dit que Vs ne change pas.

Même si ce circuit est particulier, l'ampli-op fonctionne toujours selon le graph de fonctionnement, non ?

Et j'ai lu si un site :

Gain = 20log(Vs/Ve)

[gienas]

Non non, il n'y a pas de contradiction. C'est toi qui "fausses le jeu" en interprétant à ta façon.

Le premier dit U2=U1, que l'on peut "traduire" par Us=Ue, qui est bien la fonction suiveur -> la sortie Us suit parfaitement l'entrée Ue.

Il est ajouté que l'ampli ne touche à rien (c'est toi qui le dis), et c'est là une erreur.

Au contraire, c'est l'ampli qui tout ce qui est en son pouvoir (et son pouvoir est très grand ), pour que la relation Us=Ue reste toujours vraie. C'est sa magie à lui. Il se rattrape en décalant le epsilon (e+ - e-) d'une quantité infinitésimale (que nous ne pouvons déceler) et qui maintient cette identité.

Le second ne dit rien d'autre. Quand epsilon est 0, Us=0, quand epsilon = 1µV, Us= 0,1V, si epsilon=-1µV, Us=-0,1V etc.

Concernant ta dernière question, tu nous as déjà fait le coup de nous envoyer dans les cordes. Laisses tomber tant que tu n'as pas compris le fonctionnement!

En relisant ta question concernant le graphe, je viens de la comprendre. La réponse est bien oui. C'est en "ajustant" le epsilon que la sortie prend les valeurs qui vont bien.

[invitef21aa9a6]

Non je n'a toujours pas compris !! Si E=0 alors Vs=0 selon un site, et Vs ne change pas. Qu'on le mette en boucle ou en rien ne change pas son fonctionnement ! :s

[gienas]

Bien sûr que le fait de monter l'ampli dans une boucle ne change pas son fonctionnement, mais cela définit le comportement de la structure complète, dont l'amplificateur n'est qu'un maillon.

Pour le raisonnement, on suppose que l'amplification est infinie, cela permet de supposer qu'en boucle fermée, le epsilon sera nul (il l'est presque en vrai).

L'ampli bouclé avec la contre réaction (liaison de sortie à e-) cherche à faire tout ce qu'il peut (et il peut beaucoup) pour ramener le epsilon à 0. Il s'arrête de "travailler" quand la condition est acquise. Il maintient ensuite cet état.

Tant que tu n'auras pas compris (admis) cela, tu ne pourras pas avancer.

[Gérard]

Et si tu cablais un AOP sur une plaque sans soudure ?
Avec un potentiomètre pour faire varier Ve+ et un voltmètre pour mesurer Vs.
Après le suiveur, tu pourrais expérimenter l'ampli inverseur, le non inverseur ... etc, tous les montages de base.

La théorie est nécessaire, la pratique aussi !
Gérard.

[invitef21aa9a6]

J'ai déjà fait quelques montages dont voic le schéma :

http://www.dicojeuneadulte.yi.org/ampliplanmontage.doc

Naturellement, l'oscillo fait une courbe similaire à la courbe de fonctionnement de l'ampli-op.

Vous essayez de me dire que l'ampli-op "cherche à...". L'ampli-op ne cherche rien, c'est une machine, et quoi qu'il se passe, il n'a pas de volonté propre et son fonctionnement ne changera pas !
Pourriez-vous svp m'expliqué comme ce site, dans les détails, et aussi me pointer précisement où je me trompe ?

Encore merci

[gienas]

Vous essayez de me dire que l'ampli-op "cherche à...". L'ampli-op ne cherche rien, c'est une machine, et quoi qu'il se passe, il n'a pas de volonté propre et son fonctionnement ne changera pas !

Je maintiens!

Le composant ampli OP n'est en effet qu'une machine, qui fera toujours la même chose, sans réfléchir. Il se comporte comme ton graphe le "résume".

Le montage suiveur, dans lequel est utilisé l'AOP, comporte un asservissement (via la liaison sortie vers e-, appelée contre réaction). L'AOP est obligé de se "conformer" à la tension présente sur l'entrée e+. Il réussira à se maintenir tant qu'il n'atteindra pas les saturations à +Vcc dans le positif et -Vcc dans le négatif.

C'est la "façon de monter l'ampli" qui l'oblige à respecter ce comportement.

[invitef21aa9a6]

Mais rien n'oblige l'ampli, tu n'obligera pas une machine même en reliant l'entrée à la sortie. Son fonctionnement ne changera pas, même en circuit suiveur. On le dit obligé de facon imagée.

[gienas]

SI!

Le bouclage (la contre réaction) ne laisse pas le choix au composant AOP qui ne peut que s'exécuter.

[Gérard]

Mais rien n'oblige l'ampli, tu n'obligera pas une machine même en reliant l'entrée à la sortie. Son fonctionnement ne changera pas, même en circuit suiveur. On le dit obligé de facon imagée.

Tu es un peu borné, écoute ce qu'on te dit sans tout remettre en cause.
L'AOP fera ce qu'on lui dit de faire, on le lui dit par le cablage.
Si l'entrée se fait sur e+ et que e- est relié à la sortie, il fonctionne en suiveur cad Vs = Ve+ dans la limite des tensions d'alim.
Avec un cablage différent, l'AOP réagira différemment.
Est-ce-que tu comprends dit ainsi ?
Gérard.

[invitef21aa9a6]

Non je n'ai toujours pas compris, mais un prof d'elec m'a expliqué, ca m'a pas mal éclairé.

Merci quand même ^^

[Gérard]

Non je n'ai toujours pas compris, mais un prof d'elec m'a expliqué, ca m'a pas mal éclairé.

Merci quand même ^^

Qu'est-ce-que tu n'as pas compris ?