INTRODUCTION - jl.domec.free.frjl.domec.free.fr/siteDjl_fichiers/TP-Cours_BTS_CIM/tp/TP... · 3/ Tracer le diagramme bilan des puissances . ... (S1 = 0,6 cm2) et la platine de l’étrier

TP-Cours :Amplificateur de puissance push-pull à correcteur de distorsion Règles pour l'écriture des unités: http://www.bipm.fr/ AU BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET MESURES Eclipse à Chéraute

INTRODUCTION : Les consignes propres à tout TP concernant la sécurité et les méthodes de Travail, seront copiées/Collées en pages de garde du compte rendu , lues, appliquées et signées. Ces consignes peuvent être trouvées, entre autres sur le serveur pédagogique dans le Répertoire « Ressources de la classe » à la rubrique Physique Appliquée . Il convient de se faire un document TP modèle qui aura ces consignes en introduction .

BUT : Mesure des caractéristiques et performances d’un amplificateur de puissance Push-Pull à correction de distorsion .Comparaison des valeurs théoriques et expérimentales des coefficients d’amplification en puissance Ap , en courant Ai , en tension Av , du rendement et du taux de distorsion TDHr .

MONTAGE:

-+

+GBF

vgbf

M

AEB

M

CL

TL081

R2

R1

veVout

C2

Ic1

C1

T1

T2

Ic2

Ru

+U

- U

vsDie

T1 : 2N 5321 ou BC141(NPN); T2 : 2N 5323 ou BC161(PNP) ; Ru = 100 Ω /5W ; Cl = 1µF ;Alimentation: U = 15 V; Aop (+/- 15V) . R1 = 1 k Ω ; R2 = 10 K Ω . f = 2 Khz ;

On règlera vemax tel que le fonctionnement soit linéaire mais proche de la saturation en tension de l’Aop .ON SURVEILLERA L’ÉCHAUFFEMENT DES TRANSISTORS ET DE RU .

November 1997-BC161-SGS Thomson. PNP transistors in Jedec TO-39 metal case.

Philips Semiconductors-1997 May 12-NPN medium power transistors:BC141

Brochage de l’ADI (Amplificateur différentiel Intégré) ou Aop TL081

Physique Appliquée-Lycée du Pays de soule-TP 02/01/12-TP-AmpliPui-BTS-CIM.odt-Djl-Page: 1 / 10

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PRÉPARATION :

l’Aop et les transistors seront considérés comme parfaits dans ces calculs. En particulier VCE sat = 0.

1/ Tracer le modèle aux petits signaux du montage.Le condensateur « Cl » sera considéré équivalent à un fil à cette fréquence et compte tenu de l’impédance d’entrée Ze du montage .Quel est son rôle ?Calculer Ze et en déduire Clmin à cette fréquence(s’aider du devoir précédent sur le régime sinusoïdal).

2/ Calculer littéralement puis numériquement Av, Ap, Ai et Zs .Donner TDHr Théo

3/ Tracer le diagramme bilan des puissances . Calculer Pe en fonction de Ve et R1 puis Ps en fonction de Vs et Ru .

Calculer Palim en fonction de U,Ic1 et Ic2 .Exprimer vsmax en fonction de U et vemax en fonction de U,R1 et R2 .En déduire Pe,Ps et Palim en fonction de U .Calculer η.

1. PROCÉDURE :

1.1.PLACER les points de mesure de l’oscilloscope pour visualiser et mesurer : ie, is, vs, ve. Ps = Ru.(ismax 2) / 2 = Ru.Is2, Pe = Ve .Ie cos ϕe .

Faire les schémas nécessaires . On utilisera l’appareil le plus approprié pour chaque mesure(oscilloscope,multimètr,scopemeter). Chaque mesure sera accompagnée de son erreur de lecture estimée et notée (mesure +/- erreur) On s’assurera des bandes passantes des appareils de mesure . RELEVER ve et vs avec leurs SPECTRES et vérifier si le FONCTIONNEMENT EST LINÉAIRE Faire les mesures .

1.2.REMPLACER « RU » par un HAUT PARLEUR D'IMPÉDANCE 8 , relever ve(t) et vs(t) et noter les fréquences limites audibles.

1.3. Fonctionnement sans correction de distorsion de croisement :

COUPER TOUS LES GÉNÉRATEURS

DÉPLACER R2 DES ÉMETTEURS(E) VERS LES BASES(B) et Relever ve et vs ainsi que leurs spectres .

3/ REMETTRE LE MONTAGE CORRECT AVEC R2 AUX ÉMETTEURS :

On veut mesurer les puissances, maximale et minimale fournies par l’alimentation .

RÉGLER vemax pour que vs soit en limite de saturation : Mesurer Ic1 , Ic2 à la pince ampèremétrique(DC) et U .

FAIRE DE MÊME avec vemax = 0 (Repos)


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EXPLOITATION ET CONCLUSION EN FONCTION DU BUT :

Comparer dans un tableau les valeurs Expérimentales et Théoriques ainsi que les conditions de mesure relevées.

Paramètre Valeur Théorique Valeur expérimentale Ecart relatif en %vemax

Vsmax

UAvApAiPePs

Palim (Vemax = 0 )Palim (Vemax = )

ηTDHr

Analyser la linéarité des montages et le rôle du correcteur de distorsion .


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1. ÉLÉMENTS DE CORRECTION ET QUELQUES RELEVÉS DES ÉLÈVES . 1/ Tracer le modèle aux petits signaux du montage.

Le condensateur « Cl » sera considéré équivalent à un fil à cette fréquence et compte tenu de l’impédance d’entrée Ze du montage .Quel est son rôle ? Couper l'éventuelle composante continue issue du GBF.

Calculer Ze et en déduire Clmin à cette fréquence(s’aider du devoir précédent sur le régime sinusoïdal).

Ze ~ R1 = > ZCLmin = 1/ ( = 1 . ) << R1 => Clmin >> 1/ ( R1 . ) ~ 1/ ( 2..2.106 ) ~ 0,1 F On choisira donc Clmin = 1 F

2/ Calculer littéralement puis numériquement Av, Ap, Ai et Zs .Donner TDHr Théo

Av ~ -R2 /R1 ; Ai ~ -R2/Ru = R1/Ru .Av ; Ap = Ap.Ai = R2² /(Ru.R1); Ze = Re~R1; Zcharge = Ru ; cos e = cos s =1.Zs ~ re.R2/(.Ao.R1) ; >> 1; R2 << Ao.R1 ; re << .Ao.R1.

3/ Tracer le diagramme bilan des puissances . Calculer Pe en fonction de Ve et R1 puis Ps en fonction de Vs et Ru .

Calculer Palim en fonction de U,Ic1 et Ic2 .

Palim = U (ic1moy + ic2 moy) = U ( 2.vsmax/( .Ru) ) ;Palim =2.U²/( .Ru)

Exprimer vsmax en fonction de U et vemax en fonction de U,R1 et R2 .En déduire Pe,Ps et Palim en fonction de U .

Pe = Ve.Ie = vemax² / (2.R1) ; Ps = vsmax² / (2.Ru) ;Pe =vemax² / (2.R1) (négligeable); Ps = U² / (2.Ru) ;

Calculer . = Putile / Pabs~ Ps / Palim ~ / 4~ 78% ; Classe B (En classe A MAX = 50% ! )


S

.ib

ib

E

egbf

isie

Ao.

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2. ÉLÉMENTS DE CORRECTION ET QUELQUES RELEVÉS DES ÉLÈVES .

3/Ic1=45mA Ic2=35mA U=15 V si Ve max en limite de saturation = 1,23 V

Ic1=0mA Ic2=0mA U=15 si Ve max =0V

Parametre Valeur Théorique Valeur expérimentale Ecart relatif en %

ve max 1,5V 1,23V

Vs max 15 12,17V

U 15V 15V

Av -10 -9,85

Ap 1000 978,9

Ai -100 -99,19

Pe Max=1,125mW 759,5µW

PsMax=1,125W

(Pour Vemax=1,23V):0,76 W

743mW

Palim(Vemax=0) 0 0

Palim(Vemax=1,23V)

Palim=U(ic1moy+ic2 moy) =U[2.Av.Vemax)/( .Ru)]

Palim(Vemax=1,5V)

1.17 W

1.43 W

600mW

(erreur, certainement oubli d'additionner U.ic2moy)Donc on peut doubler la valeur :1,2 W

Sinon, >1η

η

(pour Vemax=1,5V): ~ 0.78

(Pour Vemax=1,23V):0,65

(Pour Vemax=1,23V):0,62

TDhr 05,9 %

(Courbes Mémoire 4)


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SANS CORRECTEUR DE DISTORSION.

R2 AUX BASES DES TRANSISTORS.


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AVEC CORRECTEUR DE DISTORSION. R2 AUX ÉMETTEURS DES TRANSISTORS.


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5. ÉLÉMENTS DE CORRECTION ET QUELQUES RELEVÉS DES ÉLÈVES . RELEVÉS AVEC Ru REMPLACÉE PAR UN HAUT PARLEUR D'IMPÉDANCE 8 .

On baisse l'amplitude d'entrée, de façon à rendre supportable les sons aigus . A partir de 2 à 3 kHz, certains étudiants (18-25 ans) supportent difficilement. La limite obtenue pour un étudiant est 17 kHz , les autres entendent encore tous à 14 kHz sauf une qui

entend en dessous de 13 kHz . Le professeur 47 ans , n'entend plus au dessus de 11kHz . La coupure entre fréquences élevées audibles et non audibles est nette . On peut estimer que le liquide de la cochlée, dans lequel baigne les cils sensibles aux vibrations

sonores devient plus viqueux avec l'âge et ne peut transmettre les vibrations à hautes fréquences.

INTERPRÉTATION:http://www.neuroreille.com/promenade/francais/ear/midear/midear.htm

Réflexe ossiculaire (stapédien)

Lorsqu ’un son fort est détecté par la cochlée (> 80 dB) l’information est transmise aux noyaux du tronc cérébral. Une boucle réflexe commande la contraction de ces muscles (chez l’homme seul le stapédien se contracte). Ceci entraîne une augmentation de la rigidité de la chaîne tympano-ossiculaire, une limitation des déplacements aux fréquences basses et moyennes (< 2000 Hz) et donc une diminution de l ’énergie transmise à l’oreille interne (par contre, ce réflexe ne protège pas l’oreille aux fréquences élevées).

- ce sont l’oreille externe et l’oreille moyenne qui, en fonction de la quantité d’énergie acoustique transmise pour chaque fréquence, « modèlent » la courbe des seuils de sensibilité auditive.- l’oreille interne est un détecteur dont le seuil est constant en fonction de la fréquence dans la quasi totalité de la gamme audible (environ 1.10 ¹⁻ ⁸ W chez l’homme) ! (Voir courbes en Annexe)


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http://www.neuroreille.com/promenade/francais/ear/midear/midear.htm


1. ANNEXE: FONCTIONNEMENT DE L'OREILLE:

Fonctionnement de l'oreille moyenne L’oreille moyenne transmet l'énergie acoustique du tympan à l’oreille interne, en réalisant une adaptation d’impédance entre un milieu aérien et un milieu liquidien.Si les vibrations aériennes étaient appliquées directement aux liquides de l’oreille interne, 99,9% de l’énergie acoustique serait perdue par réflexion au niveau de l’interface air-liquide (- 30 dB). L ’oreille moyenne est un amplificateur de pression : de cette manière elle « récupère » l ’énergie acoustique disponible dans le milieu aérien et augmente l ’amplitude des stimuli mécano-acoustiques dans l’oreille interne. Grâce au rapport des surfaces (~ 20) entre le tympan (S1 = 0,6 cm2) et la platine de l’étrier (S2 = 0,03 cm2), et au rapport des leviers (l’axe de la chaîne ossiculaire passe au voisinage de l ’articulation marteau/enclume, mais les deux « bras » de cette chaîne ont des longueurs inégales) (d1/d2 ~ 1,3), l’amplification théorique de pression atteint un facteur x 26 (soit + 28 dB).

Attention! Cette approximation est à manier avec précaution car, du fait de ses caractéristiques mécaniques, le comportement et « l’efficacité » de l’oreille moyenne varient très fortement avec la fréquence (f). En effet, le fonctionnement de l ’oreille moyenne (comme celui de n’importe quel système mécanique) dépend des frottements (R) des articulations, de la masse (M) de la chaîne tympano-ossiculaire, et de la rigidité (K) des membranes, des ligaments, des volumes aériens ...

FONCTION DE TRANSFERT DE L'OREILLE MOYENNE Les phénomènes décrits ci-dessus sont clairement observables lorsqu’on étudie la fonction de transfert de l’oreille moyenne, c’est-à-dire le rapport complexe (amplitude et phase) existant entre la pression acoustique à l’entrée de l’oreille interne (Pv : dans la périlymphe à la base de la rampe vestibulaire) et la pression acoustique devant le tympan (Pt) : Pv/Pt.Chez l ’homme, l ’amplification maximale ne dépasse guère 20 dB... et varie fortement en fonction de la fréquence : 13 dB à 200 Hz, 20 dB à 1000 Hz, 12 dB à 8000 Hz… .


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2. ANNEXE: FONCTIONNEMENT DE L'OREILLE:

Seuils de Sensibilité Auditive


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