Lycée Yves Thépot QUIMPER

ACADÉMIE DE RENNES
THEME 2007 BAC S.T.I. Génie électronique
Lycée le Likès QUIMPER
Lycée Yves Thépot QUIMPER
BALISE MARITIME
SEQUENCE 3A
Etude de la carte Alimentation de la lampe : durée 8h
Pré-requis
Analyse fonctionnelle de 1er degré de l'objet technique.
OBJECTIFS DU TD
SAVOIRS-FAIRE
D : Identifier à une fonction la ou les structures participant à sa réalisation.
E : Analyser l’organisation structurelle d’une fonction.
E1 : Etablir les relations entre grandeurs d’entrée et grandeurs de sortie.
E2 : Justifier le dimensionnement d’un composant.
E4 : Evaluer que la fonction requise est assurée.
CONDITIONS MATERIELLES


Poste informatique équipé d’un logiciel de simulation.
La documentation technique des composants.
CRITERES D’EVALUATION


Compte-rendu de séquence à rédiger.
Evaluation écrite collective.
Balise maritime – Electronique – Séquence 3A
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Schéma fonctionnel de degré 2 - Fonction FP3
Rythme
Rythme
Extérieur
COMMANDE
DE
LA TENSION
DE LA LAMPE
Régulation
(PT2)
REGULATION DE LA
TENSION DE LA
LAMPE
FS3-5
FS3-1
+ Lampe
(PT3)
REGLAGE DE
DE LA TENSION DE LA
LAMPE
Sortie
amplificateur
(PT7)
FS3-3
Vbat
+ 12V
ELABORATION
D’UNE
TENSION DE + 24V
+ 24V
(PT9)
AMPLIFICATION
FS 3-6
+ Lampe
Mesure
(PT4)
Vers
Lampe
- Lampe
FS3-4
Vref1
(PT6)
ELABORATION
D’UNE TENSION DE
REFERENCE
Shunt
(PT5)
FS3-2
+5V
Balise maritime – Electronique – Séquence 3A
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PRESENTATION DES DIFFERENTES FONCTIONS SECONDAIRES DE LA FONCTION FP3
FONCTION PRINCIPALE
FS3-1
COMMANDE
DE LA TENSION DE LA
LAMPE
FS3-2
ELABORATION
D’UNE TENSION DE
REFERENCE
FS3-3
REGLAGE
DE LA TENSION
DE LA LAMPE
FONCTION
Adapte le signal de
commande du
rythme de la lampe
pour la régulation
de la tension de la
lampe.
ENTREE(S)
SORTIE(S)
Rythme : Signal logique
Horloge : Signal
de commande du
logique périodique.
rythme de la lampe.
Rythme extérieur :
Entrée de commande
en tout ou rien (0V ou
rien) provenant d’un
module de
synchronisation de
rythme.
Shunt : Tension image
de l’intensité du
courant de la lampe
Donne une tension
fixe diminuée d’une (correspond à –Lampe).
+5V : Tension continue
tension image du
Vref1 : Tension de
de 5V la nuit sous
courant dans la
conditions normales, de référence.
lampe.
0V le jour ou de nuit si
la tension batterie est
trop faible ou si toutes
les lampes sont hors
d’usage.
Donne un signal
image de la tension
aux bornes de la
lampe.
Balise maritime – Electronique – Séquence 3A
+Lampe : Potentiel
d’alimentation de la
lampe.
Mesure : Tension
image de la tension
aux bornes de la
lampe.
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FS3-4
AMPLIFICATION
Amplifie la
différence entre la
tension de
référence et la
tension image de la
tension aux bornes
de la lampe.
Mesure : Tension image
de la tension aux
bornes de la lampe.
Vref1 : Tension de
référence.
Sortie
amplificateur :
Signal de commande
de la régulation.
Sortie amplificateur :
Signal de commande de
la régulation.
FS3-5
Pilote la régulation
de la tension aux
bornes de la lampe.
REGULATION
DE LA TENSION
DE LA LAMPE
FS3-6
ELABORATION
D’UNE
TENSION DE + 24V
Régulation : Signal de
commande de la
+Lampe : Potentiel
régulation de la tension d’alimentation de la
de la lampe.
lampe.
+Vbat : Tension de
batterie filtrée.
+Vbat : Tension de
Fournit une tension batterie filtrée.
continue de 24V la
nuit sous conditions
normales, de 0V le +12V : Tension
jour ou de nuit si la continue de 12V la nuit
tension batterie
sous conditions
est trop faible ou si normales, de 0V le jour
toutes les lampes
ou de nuit si la tension
sont hors d’usage.
batterie est trop
+24V : Tension
continue de 24V la
nuit sous conditions
normales, de 0V le
jour ou de nuit si la
tension batterie
est trop faible ou si
toutes les lampes
sont hors d’usage.
faible ou si toutes les
lampes sont hors
d’usage.
Balise maritime – Electronique – Séquence 3A
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1. Identification des structures :
1.1) Identifiez, en les entourant sur le schéma structurel de la carte « Alimentation de la lampe », les
structures correspondant aux fonctions FS3-1, FS3-2, FS3-3, FS3-4, FS3-5.
2. Etude de la fonction FS3-1 Commande de l’alimentation de la lampe :
+24V
+24V
+12V
R79
100k
1
R80
R75
3
100k
Q17
2
100k
BS250
Q16
BS170
2
3
R81
1
R78
56k
1M
Rythme extèrieur
3
R76
2
Rythme
Q15
R56
BS170
470k
100k
1
R77
1M
2.1) Donner la technologie et le type des transistors Q15, Q16 et Q17.
2.2) Calculer les différentes valeurs des tensions VGS de Q15, Q16 et Q17 lorsque le signal VRythme = 0v
puis à 5v (l’entrée Rythme extérieur étant non connectée). En déduire l’état des transistors et calculer la
valeur de la tension aux bornes de R56.
2.3) Compléter le tableau récapitulatif suivant et conclure.
VRythme
VGS Q15
VGS Q16
VGS Q17
Etat Q15
Etat Q16
Etat Q17
VR56
0v
5v
2.4) Saisir le schéma « Commande de l’alimentation de la lampe ».
Simuler pour les deux valeurs différentes de VRythme et vérifier vos résultats théoriques.
Balise maritime – Electronique – Séquence 3A
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3. Etude des fonctions FS3-2, FS3-3, FS3-4 :
Pour une batterie ayant à ses bornes une tension de 12.2v et un réglage particulier de P1 (à feu fixe), on
a relevé expérimentalement Vlampe = 12v, Vshunt = 140mv et Vmes = 2v.
Vlampe
C7
1uF
R35
820k
5
1
7
1
C23
IC1
1nF
P1
Vmes
3
Saop 6
1M
3
L1
12V
220pF
+5V
8
4
C36
2
2
LM4250
R34
330k
R5
R20
100k
1M
R4
Vréf
Vshunt
2.2M
R3
R1
1M
0.1
3.1) Calculer la valeur à régler sur le potentiomètre pour obtenir les relevés précédents.
3.2) Calculer la valeur correspondante de Vréf (valeur que vous vérifierez lors des mesures sur la carte
Alimentation de la lampe).
3.3) En déduire la tension de décalage à l’entrée du LM4250, puis sa tension théorique en sortie et
conclure dans ce cas précis sur le régime de fonctionnement de cet amplificateur opérationnel.
3.4) Maintenant la tension de la batterie étant de 13v et pour le même réglage de P1, on suppose que
Vlampe = 12.5v.
3.41) Calculer la valeur correspondante de Vmes.
3.42) Calculer la nouvelle valeur du courant traversant la lampe, puis la tension Vshunt (on
négligera le courant dans la résistance R4).
3.43) Calculer la valeur correspondante de Vréf.
3.44) En déduire la tension théorique (ou l’évolution de la tension) en sortie du LM4250 et
conclure sur l’influence que peut avoir une augmentation de la tension Vlampe sur la sortie de
l’amplificateur opérationnel.
 Dans ce cas, si les transistors Q2 et Q9 sont passants, une contre réaction s’établit via R15, Q2, Q9,
L1 et R4. La tension en sortie de l’amplificateur opérationnel se situe autour des 2.6v, donner alors son
régime de fonctionnement.
3.5) En vous aidant du document constructeur du LM4250, donner le rôle de la résistance R5.
Balise maritime – Electronique – Séquence 3A
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3.6) Il faut un courant minimum de 110mA dans le shunt afin que la lampe soit détectée. Calculer la
puissance minimale de la lampe que l’on peut utiliser avec ce programmateur.
3.7) Que se passe t’il, lorsque la lampe est détruite ?
4. Etude de la fonction FS3-5 Régulation de la tension de la lampe :
Le signal en sortie du LM4250 est un signal impulsionnel. Nous admettrons pour la suite que c’est un
signal carré de fréquence 1Hz, d’amplitude 2.65v au niveau haut, de 0.7v au niveau bas et de rapport
cylcique égal à 10%.
On se place dans le cas où VRythme = 5v.
+24V
1
Q17
2
+Vbat
R80
BS250
100k
3
R81
56k
Q9
BUZ11
D13
Saop
Q2
R15
BC517
10k
R16
R56
470k
10k
1N5352BRL
L1
12V
4.1) La lampe utilisée possède les caractéristiques suivantes : 12V/10W.
Calculer la valeur de la résistance équivalente de la lampe (à chaud).
4.2) Saisir le schéma précédent et introduire la valeur calculée de la résistance de la lampe.
4.21) Effectuer la simulation (pour deux valeurs voisines de Saop niveau haut, par exemple 2.65v
et 2.6v), relever et interpréter les chronogrammes Saop, Vbe(Q2), Vce(Q2) et Vlampe.
4.22) Donner le mode de fonctionnement du transistor Q2 et la conséquence sur la résistance
Drain-Source de Q9. Cela influe-t’il sur le courant dans la lampe?
4.23) En vous aidant du document constructeur du transistor Q9, vérifier qu’il convient bien à
notre montage (Vgsmin, Idmax, Pdmax).
4.24) Quel est le rôle de D13 ?
4.3) Pourquoi les transistors Q16 et Q17 sont-ils alimentés en 24v ?
Balise maritime – Electronique – Séquence 3A
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5. Synthèse :
Le signal de commande est un signal carré de très faible fréquence, d’amplitude 5v et de rapport cyclique
différent en fonction du rythme choisi.
Le réglage de P1 étant effectué au préalable à feu fixe afin d’obtenir une tension de 12v aux bornes de la
lampe.
La batterie étant parfaitement chargée au départ (entre 13v et 14v), puis au bout d’un certain temps
revient à sa valeur nominale (12v).

Faire une synthèse globale (en moins de 10 lignes) du fonctionnement général de la tension
aux bornes de la lampe.
+24V
1
Q17
2
+Vbat
R80
BS250
100k
3
R81
56k
PT2
PT3
Q9
+Lampe
BUZ11
Régulation
D13
Q2
+Lampe
R56
470k
1N5352BRL
BC517
C7
1uF
R35
820k
5
1
7
R15
1
C23
IC1
1nF
P1
3
1M
3
6
L1
12V
2
C36
10k
220pF
+5V
8
4
R16
2
10k
LM4250
R34
330k
R5
R20
100k
1M
PT5
R4
Shunt
2.2M
R3
R1
1M
0.1
PT6
Vref1
Balise maritime – Electronique – Séquence 3A
Page
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+Vbat
Alimentation de la lampe
+12V
+24V
H24V
1N4148
+12V
R79
IC6:A
1
Q17
2
+Vbat
3
100k
BS250
100k
BS170
3
56k
R76
Q15
Q2
R56
BC517
470k
C38
D12
C37
220k
220pF
47nF
BAT41
Q21
BS170
+Lampe
1
+Lampe
C7
Rythme 100k
1uF
R35
1
R77
820k
1M
R15
C23
IC1
5
1
7
1
PT7
Sortie aop
1nF
2
10k
220pF
+5V
8
4
C36
2
10k
R16
12V
1M
3
6
L1
P1
3
LM4250
PT4
R34
Mesure
330k
R20
R5
PT5
1M
100k
R4
-Lampe
Shunt
2.2M
R3
R1
1M
0.1
PT6
Vref1
Balise maritime – Electronique – Séquence 3A
C39
1uF
PT3
P6KE15
BS170
+24V
3
D13
3
2
R100
5.6k
BUZ11
+24V
BAT41
40106
R99
Q9
PT2
D11
1.2k
2
1M
Rythme extèrieur
R101
4
R81
1
R78
3
40106
Q16
2
2
PT9
3
IC6:B
1
R80
R75
BS250
PT8
D10
100k
Q20
2
+Vbat
1
+24V
Page
9/9