Comprendre l'électronique par la simulation.
par Serge Dusausay  Espace lecteur  plan du site


 Article 25 
   Quelques informations supplémentaires des pages 153 à 156 du livre.


Parmi les applications de l'amplificateur opérationnel, le montage dérivateur est une de celles que l'on traite volontiers dans l'enseignement de l'électronique.

Il est montré ci-dessous le comportement de ce dérivateur inverseur, à base de LM741, lors d'un essai à l'échelon, ce qui valide les résultats de simulation présentés dans le livre.

La particularité de cet article 25 est de montrer l'étude de ce dérivateur au travers des systèmes bouclés, afin de rappeler que ce montage peut ne pas fonctionner, à cause de conditions de stabilité insuffisante. Dans le paragraphe "pour aller plus loin", page 156, il est proposé de modifier la résistance R2. Nous montrons le résultat de la simulation correspondante.

L'essai "sur table" du dérivateur a été fait à l'aide de :
- un amplificateur opérationnel : uA 741, alimenté en + - 12 V
- un condensateur C : 82 nF 10%,
- une résistance R1 de contre réaction : 47 kW 5%
- la résistance R2 470 W a été l'association série de :
  390 W   33 W  et 50 W que présente le générateur basse fréquence utilisé.

L'essai représenté ci dessous est l'essai à l'échelon :
signal d'entrée : fréquence 250 Hz, allant de -40 mV à + 40 mV, mesurée sur la voie 1 de l'oscilloscope.
signal de sortie : mesurée sur la voie 2.

recopie d'écran scannérisée
Fonctionnement du dérivateur inverseur
1 ms / carreau haut : Voie 1 : 100 mV / c bas : Voie 2 : 2 V / c

On retrouve le comportement déterminé par la simulation, page 156 :
- l'amplitude de l'impulsion est de 5,2 V,
- la durée (mesurable avec une autre base de temps) est de 120 us,
- à cette échelle, on perçoit également le très léger dépassement montrant le régime faiblement oscillant.

Il faut remarquer que la forme précise de l'impulsion de sortie est très tributaire de la raideur du front du signal carré. Il est donc normal de trouver un écart de quelques pour cent entre la pratique (issu d'un GBF, ayant 50 ohms en interne, et un temps de montée non nul) et la simulation (source parfaite).

Les autres essais donnés ou proposés dans l'article ont été réalisés : la concondance est tout aussi exacte.

Pour aller plus loin : modification de la résistance R2.
Pour bien illustrer le rôle de R2 sur la stabilité du montage, on propose ci-dessous de modifier sa valeur, et de refaire le même essai à l'échelon.
issu de Pspice
dérivateur inverseur avec R2 = 270 Ohm

Interprétation :
L'impulsion de sortie a lieu, (d'amplitude différente), mais son temps de réponse a augmenté du fait de la présence d'un régime oscillatoire amorti.


Refaisons le "run" (ou l'expérience réelle), avec R2 = 50 Ohm :
issu de Pspice
dérivateur inverseur avec R2 = 50 Ohm

Interprétation :
Le régime est très oscillatoire, il faut environ 1 ms pour que la tension de sortie se stabilise.
Avec ce jeu de valeurs numériques, le montage est quasiment instable, et on ne peut pas parler de fonctionnement en dérivateur.

fin de l'article 25

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