Le montage proposé dans cet article est inspiré de la documentation constructeur de l’amplificateur opérationnel OPA620 (Texas Instrument). Il s’agit d’une structure originale à base d’un amplificateur opérationnel double qui permet d’obtenir un filtre passe bande dont on peut ajuster facilement le facteur de qualité Q à des valeurs importantes (Dans la doc Q=100 pour fo=1MHz).

highQ_bandpass_filterPour l’étude on suppose bien évidemment que les 2 amplificateurs opérationnels sont parfaits et fonctionnent en régime linéaire. Dans ces conditions le calcul de la fonction de transfert de ce filtre nous donne :Equation1_highQbandpass

Pour le détail du calcul je vous propose le document suivant : calcul_passebande_highQ.pdf
Ce résultat peut se mettre sous la forme d’une fonction de transfert passe bande du 2nd ordre :Equation2_highQbandpassComme le montre les équations précédentes, le dimensionnement de ce filtre est donc très simple puisque il convient de choisir le couple R2 C pour fixer la fréquence centrale en utilisant, par exemple, la petite application que je mets à disposition sur ce site. La résistance R1 est alors ajusté pour obtenir la bonne valeur du facteur de qualité Q.
Un exemple de réglage et du résultat de simulation est donné ci-dessous :

result_simul

Fichier de simulation LTSpice prêt à l’emploi : verif_pbande_HighQ.asc

Le montage proposé sur le schéma suivant est un filtenceintere visant à rehausser le niveau des basses pour un signal audio. Il s’agit d’une version modifiée de la structure Baxandall couramment utilisée dans les correcteurs de tonalité. Pour une bonne correction audio on propose les valeurs suivantes Ro=22kΩ, P=R1=47kΩ et C=22nF.

bass_boost

Le calcul de la fonction de transfert dont le détail est disponible dans ce document (calculbassboost.pdf) permet de mettre la fonction de transfert sous la forme canonique suivante : equation1pour laquelle on donne :equation2L’étude de cette fonction de transfert montre que pour le réglage du potentiomètre α=1 le gain est égal à 0dB quelque soit la fréquence. Lorsque α=0 le gain est maximum pour f qui tend vers 0 et son expression est :equation3soit 14,4dB avec les valeurs indiquées.
Une simulation paramétrique avec LTSpice permet de constater le bon fonctionnement de ce montage :

simulationLTSpice

Télécharger le fichier de simulation prêt à l’emploi : bassboost.asc (nécessite la bibliothèque supplémentaire SP.lib). Pour compléter l’étude je vous propose un tracé avec Scilab permettant d’observer l’évolution du gain maximum en fonction du paramètre a ce qui est utile pour étalonner les indications sur la face avant du potentiomètre.

[pastacode lang= »markup » manual= »%2F%2F%20Trac%C3%A9%20du%20gain%20max%20en%20fnct%20de%20alpha%0A%2F%2F%20Amplificateur%20Bass%20Boost%20-%20poujouly.net%0Aalpha%3D0%3A0.1%3A1%3B%0ARo%3D22e3%3B%0AP%3D47e3%3B%0Again%3D20*log10((Ro%2FP%2B2-alpha).%2F(Ro%2FP%2Balpha))%3B%0Aplot(alpha%2Cgain)%0Atitle(‘Evolution%20du%20gain%20max%20en%20fonction%20de%20alpha’)%3B%0Axlabel(‘Rapport%20potentiom%C3%A9trique%20(alpha)’)%3B%0Aylabel(‘Gain%20max%20(dB)’)%3B » message= » » highlight= » » provider= »manual »/]

gainmax

 

Dartd_amp_rectifns cet article je vous propose l’étude de la note d’application du constructeur Texas Instrument mettant en œuvre un montage à amplificateur opérationnel pour le capteur de température PT100. Le schéma proposé par le constructeur qui comporte une petite erreur est corrigée sur la figure suivante.

Le seul commentaire proposé par le constructeur est le suivant :

« The OPA180 is excellent for use in analog linearization of resistance temperature detectors (RTDs). The below circuit combines the precision of the OPA180 amplifier and the precision reference REF5050 to linearize a Pt100 RTD. »

Pour l’étude de ce montage on donne le modèle de la résistance pour la thermistance Pt100 telle que :Eq1On précise que la résistance nominale R0=100Ω pour la température T0=0°C. Par ailleurs on donne les valeurs des coefficients A=3,9083.10-3K-1 et B=-5,775.10-7K-2

R237160-91

En appliquant le théorème de Millmann sur V- & V+ on obtient :Eq2Comme l’amplificateur opérationnel travaille en régime linéaire V-=V+. En effectuant quelques simplifications il vient rapidement :Eq3

Cette équation peut se mettre sous la forme : Eq4

Le script Scilab proposé ci-dessous permet de tracer l’évolution de la sortie pour une température comprise entre 0 et 200°C et qui évolue bien entre 0 et 5V comme indiqué sur le schéma.

[pastacode lang= »markup » manual= »%2F%2F%20Etude%20de%20la%20note%20d’application%20interface%20pour%20PT100%0A%2F%2F%20poujouly.net%0AT%3D0%3A200%3B%0AR0%3D100%3B%20A%3D3.9083e-3%3B%20B%3D-5.775e-7%3B%20T0%3D0%3B%0ADeltaT%3DT-T0%3B%0ARTD%3DR0*(1%2BA*T%2BB*T.%5E2)%3B%0Aclf%3B%0Asubplot(311)%3Bplot(T%2CRTD)%3B%0Atitle(‘Evolution%20de%20RTD%20en%20fonction%20de%20T%C2%B0C’)%3B%0AR1%3D4.99e3%3BR2%3D49.1e3%3BR3%3D60.4e3%3BR4%3D1e3%3BR5%3D105.8e3%3B%0Aa%3D-5%2FR2%3B%0Ab%3D(5%2FR1)*((1%2FR3)%2B(1%2FR4))-(5%2FR2)*(1%2FR5)%3B%0Ac%3D1%2FR3%3B%0Ad%3D(1%2F(R3*R1))-(1%2FR5)*((1%2FR2)%2B(1%2FR4))%3B%0AVout%3D(a%2Bb*RTD).%2F(c%2Bd*RTD)%3B%0Asubplot(312)%3Bplot(T%2CVout)%3B%0Atitle(‘Evolution%20de%20Vout%20en%20fonction%20de%20T%C2%B0C’)%3B%0Asubplot(313)%3BN%3Dlength(Vout)%3B%0Aplot(Vout(2%3AN)-Vout(1%3AN-1))%3B%0Atitle(‘Lin%C3%A9arit%C3%A9%20de%20Vout%20en%20fonction%20de%20T%C2%B0C’)%3B » message= » » highlight= » » provider= »manual »/]

L’exécution du script renvoie la figure suivante :

trace

Dans une chaîne de traitement numérique du signal, le signal délivré en sortie par le convertisseur numérique analogique est un signal de type échantillonné bloqué. Afin de retrouver les propriétés fréquentielles de ce signal et mettre ainsi en évidence l’effet d’un bloqueur d’ordre 0; le logiciel de simulation LTSpice se révèle une fois de plus comme un excellent support.

La création de ce signal peut être obtenu simplement en utilisant un interrupteur commandé dont l’utilisation est montré sur le schéma suivant.

Echantillonnage_blocage_LTSpice

En choisissant un signal de commande périodique avec une durée d’impulsion très petite et en effectuant un choix de condensateur et de résistance Ron adapté, le signal obtenu correspond correctement à la définition d’un signal échantillonné bloqué comme le montre le chronogramme suivant.

Chronogramme_LTSpice

Télécharger le fichier LTSpice : echant_blocage.asc

L’effet du bloqueur d’ordre 0 peut être vu comme un filtre dont la courbe de réponse est un sinus cardinal comme l’explique la figure synthétique suivante.

diapo_sig_ech_bloque

Afin de montrer ce résultat par simulation, il est possible d’effectuer une analyse FFT du signal échantillonné bloqué en prenant un signal résultant de la somme de 4 signaux sinusoïdaux dont les fréquences sont judicieusement choisie par rapport à la fréquence d’échantillonnage comme l’indique le schéma suivant.

4signaux_ech_bloq

Télécharger le fichier LTSpice : echant_blocage_4signaux.asc

L’analyse FFT montre alors clairement l’effet de filtrage équivalent du bloqueur d’ordre 0 sur les différentes composantes fréquentielles :

spectre_ech_bloqu

L’oscillateur 3RC est un classique pour l’étude des oscillateurs à boucle de réaction. Dans la série des mini-modules dédiés aux travaux pratiques des systèmes électroniques, je propose une version didactique prête à l’emploi permettant de réduire les erreurs de câblage dont le schéma et la photo sont données ci-dessous.

osc3RC_schema_photo

L’utilisation du jumper J1 permet de caractériser le montage en boucle ouverte afin de retrouver expérimentalement les conditions entraînant l’oscillation. Le choix laissé pour la résistance R2 permet de valider la condition d’amplification. Ce montage peut se mettre sous la forme du système bouclé comme l’indique le schéma suivant.

osc3RC_KH

Dans ces conditions l’application du critère de Barkhausen conduit aux équations suivantes :

osc3RC_equation

Afin de préparer et/ou retrouver les résultats expérimentaux je propose les fichiers de simulation LTSpice suivants :