correction-bac-physique-electronique-2004

I - Etude du fonctionnement pour une distance de un mètre
1.  100 = 6 ms
2.
II - Etude du fonctionnement à distance variable
 = k  d ( en s et d en m)
donc :
III - Pour une distance de quarante centimètres
1.  40 = k  d = 6 10-3  0,4 = 2,4 ms
2. voir ci-dessous
Page 1 sur 10
I - Générateur 40 kHz
1. La loi des mailles donne :
VE1 - VC1 - VB1 = 0
2. a) Porte NON : tant que
Donc VA1 = VDD pour t < 12,5 µs.
, on a un " Ø" en entrée et donc un "1" (VA1 = VDD) en sortie.
b) On a un "1" en entrée, donc un "Ø" en sortie : VB1 = 0
c) Voir document réponse.
d)
e) D'après le circuit de charge, VC1 augmente exponentiellement en tendant vers VA1 = VDD.
De plus, on a vu au 1. que VE1 - VC1 - VB1 = 0
Or VB1 = 0 d'où VC1 = VE1
On voit donc que
3.a) VA1 bascule, car VE1 devient supérieur à
et l'entrée de la porte 1 passe d'un "Ø" logique à un "1" logique, donc
sa sortie bascule à "Ø" (Porte NON).
On a donc VA1 = 0 et par conséquent VB1 = VDD = 12V (Porte 2)
b) La tension aux bornes d'un condensateur ne peut pas subir de discontinuités, V C1 est donc la même juste avant et
juste après 12,5 µs
donc
4.a) On a vu au B.1.3 a) que VA1 = 0 et VB1 = VDD
Voir document réponse.
b)
Page 2 sur 10
c) Donc VC1 se décharge puis se charge exponentiellement en tendant vers - VDD
On a toujours VE1 - VC1 - VB1 = 0
soit VC1 = VE1 - VB1 = VE1 - VDD
VC1 (25 µs-) = VE1 (25 µs-) - VDD
5.
TB1 = 25 µs
donc
(correspond au titre !)
II - Générateur de trame 125 Hz
1.
a) VB2 = VDD ("1" logique)
b) Pour que VA2 = 0, il faut que la porte 3 ait un "1" logique en entrée,
c'est-à-dire que
c) Pour D' :
Pour D'' :
donc D' bloquée
donc D'' passante
d)
e)  1 = r"C2
f)  1 =  1ln 3 = r'' C2 ln 3 = 9 x 103 x 100 x 10-9 ln 3  1 ms
2.
a)  2  7 ms
b) VB2 est la sortie de la porte 4 et VA2 est son entrée.
VB2 est donc l'inverse logique de VA2.
Ici VA2 = VDD = "1", donc VB2 = "Ø" = 0V
c) Voir document réponse.
L'axe est gradué en ms.
Page 3 sur 10
III - Signal appliqué à l'émetteur d'ultrasons.
1.
Document réponse 1
Document réponse 2
Page 4 sur 10
Phrase à compléter :
La tension Vus est constituée d'une tension rectangulaire de fréquence 40 kHz (fréquence F) produite pendant
1 ms (durée d'émission) toutes les 8 ms (période d'émission).
I - Amplification
1.
Quand la tension est positive VEmax = 0,06 V et VSmax = 12 V
donc
2.
Le circuit AO1 fonctionne en régime linéaire car
3.
V+ = VE
lorsque VE est positive.
(pont diviseur de tension car I- = 0)
En régime linéaire V+ = V- donc
d'où
4.
Lorsque VE < 0, la tension VS devrait être négative, mais l'AO atteint alors sa saturation basse de 0 V.
La sortie de l'AO1 sature donc à 0 V et Vs = 0 V.
5.
On a vu que A01 était saturé, car les équations du régime linéaire (V s = AVE) tendraient à donner Vs < 0 V.
Or la tension de saturation basse est de 0 V. On obtient alors 0 V à la place des valeurs négatives.
On a donc un fonctionnement en régime saturé.
II - Détection de crête
1.
VS = Vfilt (reliés par un fil)
2.
D est passante quand Vs = Vfilt
Voir document réponse.
Page 5 sur 10
III - Circuit de mise en forme
1.
a)
Si
Si
b) C'est à
2.
, on a "ø" en entrée de la porte 5 donc Vrec = 0
, on a "1" en entrée de la porte 5, donc Vrec = "1" = VDD
que se produit le basculement.
La porte 5 étant parfaite (courant d'entrée nul), on a un pont diviseur avec R 5 et R6 :
Remarque : on pouvait aussi faire par superposition des sources V F et Vrec
3.
a) VF2 est la plus grande des 2 tensions, donc celle qui correspond à 0 V.
b)
d'où
Page 6 sur 10
c) Document réponse 4
Mise en forme du signal reçu
Page 7 sur 10
I - Bascule RS
1.
a) Voir document réponse (on utilise la table de vérité donnée).
b)
<Vbasc100> =  100 VDD = 0,25  12 = 3V
2.
a) Voir document-réponse.
b)
avec thaut20 = T -  20 = 8 - 1,2 = 6,8ms
<Vbasc20> =  20 VDD = 10,2V
3.
a) On trace la droite à partir des deux points déterminés lors des questions précédentes (I.1.b et I.2.b)
b) Par lecture graphique <Vbasc40>  8,4V
II - Filtre
1. En très basses fréquences, le condensateur est équivalent à un circuit ouvert(impédance très grande).
En très hautes fréquences, le condensateur est équivalent à un fil(impédance très faible).
Ce qui donne les schémas équivalents :
Très basses fréquences :
Très hautes fréquences :
Le filtre est donc de type passe- bas.
2.
Pont diviseur de tension avec R7 et C3 :
En module :
3.
Ces valeurs confirment que le filtre est un passe-bas.
Page 8 sur 10
4. On sait que pour un filtre RC, la pulsation de coupure est
donc ici
5. 25Hz >> fc (fc = 1Hz)
Le fondamental est les harmoniques de Vbasc sont à des fréquences très supérieures à la fréquence de coupure du
filtre et sont donc complètement éliminés. Il ne reste donc plus que la composante continue <V basc> du signal.
Page 9 sur 10
I - Synthèse
1.
On utilise la caractéristique tension moyenne-distance pour répondre à la question, car on a vu que u s = <Vbasc> .
us
3V
avertissement sonore discontinu lent
distance d
8,4V
discontinu rapide
10,2V
+VDD
continu
entre 1m et 40cm entre 40cm et 20cm entre 20cm et 0m
2.
L'avertissement sonore est d'abord discontinu et lent, toujours au même rythme, puis discontinu rapide lorsque
l'obstacle est à moins de 40cm et enfin l'avertissement sonore est continu à partir du moment où l'obstacle est à
moins de 20cm.
Page 10 sur 10