Les différents cahiers des charges

Fonction Oscillateur

Afin de pouvoir créer une dizaine de courbes avec des valeurs de Ib différentes et un

rafraîchissement à 25Hz il faut créer un oscillateur ayant une fréquence de 25x10=250Hz.

Les oscillateurs à relaxation permettent généralement d’avoir une sortie carrée (2 états) et une

triangulaire. La sotie carrée permettra de définir la valeur de ib qui restera constante pendant

toute la durée de balayage réalisé par la sortie triangulaire. La sortie triangulaire n’a pas

besoin d’être nécessairement sous forme de dent de scie. Il suffit que le balayage soit

suffisamment homogène (linéaire) pour avoir une visualisation correcte.

La sortie carrée définissant seulement deux niveaux, la valeur de ces niveaux sera adaptée si

besoin pour la suite.

La sortie triangulaire sera quant à elle adaptée par la fonction suivante de manière à créer un

balayage entre 0 et 10V en VCE.

On part donc sur une solution d’un oscillateur à relaxation à base d’AOP qui devrait donner

un signal carré entre +15V et –15V et on pose également une amplitude crète à crète du signal

triangulaire de 2V qui sera ramenée à 10V ultérieurement.

Schéma structurel

On trouve aisément ce circuit sur internet

(ex :https://perso.esiee.fr/~poulichp/PR201/OSC_carre/OSC_Carre.html) avec les

informations permettant de régler l’amplitude du signal en T et la fréquence en Tet C.

Soit en supposant l’AOP alimenté en +15V ; 0V ; -15V et parfait, on obtient une amplitude

crète Vc=15.R2/(R1+R2) et une période en régime établi T=R3.C1.ln((15+Vc)/(15-Vc)).

En analysant les signaux on peut se rendre compte que plus Vc sera petit plus le signal en T

ressemblera à un triangle il est donc intéressant de prendre Vc « petit ».

La proposition du CDC ci dessus donne 2V càc en T pour une fréquence de 250HZ en partant

de cette base on peut prendre ….

Fonction Accumulateur

Il nous faut créer des marches de tension en vue de les transformer en marche de courant Ib.

Ces marches doivent être les plus régulières possibles et on doit pouvoir revenir à la première

avec un signal de commande RAZ issu de la fonction F13.

Cette fonction doit donc fournir un signal Vm(t) augmentant d’une hauteur de marche au

rythme de l’oscillateur F12 (entrée osc de la fonction qui voit un signal carré entre –15V à

+15V).Vm doit revenir à 0V lors de l’apparition du signal RAZ (15V) issu de la fonction F13

commande de remise à zéro. Le signal RAZ est quant à lui égal à –15V en fonctionnement

normal.

On fixe la hauteur des marches à 1V en sachant que ce niveau de tension sera transformé en

courant de valeur adéquat (soit 0.1mA) pour piloter la base du transistor sous test (D.U.T,

Device Under Test).

Schéma structurel.

Une possibilité pour réaliser cette fonction est d’utiliser deux condensateurs. Le premier C1

de petite valeur que l’on va charger puis décharger dans le deuxième de plus grande valeur au

rythme de l’oscillateur. Si on prend C1=C2/100 et que l’on charge C1 sous 15V ( lorsque

Vosc=-15V) on peut considérer que lorsque C1 se déchargera dans C2 (moment ou Vosc

passe à +15V) la tension aux bornes de C2 augmentera d’approximativement 0.3V et qu’au

bout de 10 fois la tension aux bornes de C2 sera voisine de 3V. En multipliant cette tension

par 1/0.3 =3.3 on obtiendra des marches de 1V.

(un autre ex : http://mach.elec.free.fr/divers/pompe_charge.doc)

Soit le montage suivant :

C1 et C2 seront choisis de manière à ce que C1 puisse être chargé sans difficulté par

l’oscillateur sans dénaturer le signal. Or un AOP TL082 est capable de founir ou absorber

quelques dizaines de mA. Si on pose que C1 doit se charger sous 30V (passage de –15V à

15V) en un temps très petit devant la période des oscillations ( ex T/100) et en étant parcouru

par un courant de 10mA(choix estimatif) on trouve C1=10.10-3

.T/100/30= Il est

intéressant de prendre une valeur la plus petite possible pour avoir une meilleur régularité des

marches et charger le moins possible la fonction oscillateur. On part donc sur une valeur de

C1= . C2 doit quant à lui être très grand devant C1 soit C1=

R1, R2 et l’AOP permettent de faire la multiplication nécessaire pour récupérer des marches

de 1V. Or ces marches sont de hauteur théorique 30.C1/C2 en considérant que C1 se

décharge complètement dans C2. Il nous faut choisir dans ce cas 30.C1/C2=R2/(R1+R2). Soit

partons avec R1= et R2= .

L’ensemble Q1, R3 permet de décharger rapidement C2 lorsque le signal RAZ est présent.

Rapidement veut dire là aussi que ce doit être fait en un temps très petit devant T (péridode de

la fonction oscillateur) soit par exemple T/100. Le courant de décharge de C1 qui traversera

Q1 est piloté par le courant de base de Q1. Prenons un gain en courant de 100 pour Q1et une

tension aux bornes de C2 avant décharge de 3V (valeur à reprendre en fonction des valeurs de

C1 et C2). Pour que la tension aux bornes de C2 passe de 3V à 0 en un temps T/100 il faut un

courant IcQ1=C2.3.100/T et donc IbQ1 = IcQ1/100=

Pour obtenir ce courant lorsque RAZ=15V il faut R3=15/ IcQ1 ceci en négligeant VBEQ1 (On

néglige 0,6V devant 15V).

Prenons alors R3=

Fonction Génération de Ib

On considére au départ que le gain en courant du transistor sous test (D.U.T) est de 100.

Cette fonction doit permettre de transformer les marches de 1V issues de la fonction

accumulateur signal noté ici Vacc en courant de 0.1mA entrant dans la base du D.U.T.

On peut donc définir une fonction mathématique idéale équivalente qui est :

Ib= 10.10-3.Vacc

Schéma structurel

La solution ici est simple il suffit d’utiliser une résistance qui transforme 1V en 0.1mA soit

R1=10KΩ et une supplémentaire qui permet de compenser le fait que le D.U.T ne devient

passant que lorsque sa tension Base Emetteur est voisine de 0.6V. Il faut donc que lorsque

Vacc=0V on présente une tension de 0.6V sur la base du D.U.T. Ce qui donne le montage

suivant :

Pour présenter 0.6V sur la base du D.U.T avec un courant de

base nul il faut 15.R1/(R1+R2)=0.6. On prend donc pour commencer R2=

Fonction génération de VCE

Cette fonction doit imposer une tension variant de 0 à 10V en VCE du D.U.T au rythme de la

sortie triangulaire de l’oscillateur (tension notée VT ici) ceci quel que soit le courant

collecteur du D.U.T supposé avec un maximum voisin de 100mA. Cette tension sera aussi

directement imposée à la voie X de l’oscilloscoppe. Elle sera notée Vx

Ib

>

Schéma structurel La sortie VT de l’osillateur évolue entre –1V et 1V pour la transformer en 0 10V il faut la

multiplier par 5 puis lui ajouter 5 ou bien lui ajouter 1 puis la multiplier par 5. Cette fonction

est une fonction classique des montages à AOP. Il faut pouvoir ensuite imposer cette tension

sur le collecteur du D.U.T tout en laissant à ce dernier la possibilité d’absorber son courant.

On peut réaliser cette fonction en rebouclant un montage à AOP par la tension collecteur du

D.U.T

En faisant une étude classique des montages à AOP en régime linéaire

(https://www.youtube.com/watch?v=qEwgeQUrAlE

https://www.youtube.com/watch?v=qEwgeQUrAlE et les autres…

http://fisik.free.fr/ressources/AOP.odt.pdf…)

On peut dire que l’AOP étant en réaction négative le potentiel sur sa patte – est égal à celui

sur sa pate + donc VT=(Vx/R2+VSS/R3) /(1/R1+1/R2+1/R3)

Soit Vx=VT.R2.(1/R1+1/R2+1/R3) – VSS(R2/R3) .

On voit donc qu’il est très aisé d’avoir Vx = 5.VT + 5 on part donc avec R1= ,R2=, R3=…

Q2 quant à lui permet d’avoir le courant suffisant dans D.U.T car l’AOP ne peut pas fournir

100mA. On aurait pu ne pas mettre la résistance de 10Ω mais celle ci permettra de faire la

mesure du courant collecteur du D.U.T en mesurant la différence Vm-Vx.

Fonction F3 mesure de Ic

Ic sera visualisé sur l’oscilloscpe avec une échelle de 1V pour 10mA. Cette fonction doit alors

faire la relation mathématique Vy = 1000.(Vm-Vx)/10.

Schéma structurel

Le montage classique à AOP permettant de faire ceci est le montage soustracteur

L’AOP est en réaction négative donc en écrivant que le potentiel sur la patte + est égal au

potentiel sur la patte – on trouve directement la relation entre Vy et (Vm-Vx) Soit :