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T.P. N° 5 : Interface à transistor
DÉROULEMENT DE LA SÉANCE
TITRE
ACTIVITÉS PROF
ACTIVITÉS ÉLÈVES
MOYEN
DURÉE
-
Fin du T.P. {3,5 heures}
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Tableau de comité de lecture
Date de lecture
21 octobre 2000
19 juillet 2001
5 septembre 2001
Lecteurs
CROCHET David
CROCHET David
CROCHET David
Observation
Première Version + Améliorations mineures
Mise à jour des données de cette page (mail + adresse)
Modification de terme page 7/9
Remarques rédacteur
Date modifications
21 octobre 2000
19 juillet 2001
5 septembre 2001
Quote of my life :
Fournir ma contribution aux autres est ma philosophie.
Et la vôtre ?
Si vous avez lu ce T.P. et que vous avez des remarques à faire, n'hésiter pas et écrivez-moi à l'adresse suivante :
Ce dossier contient :
E-Mail :
Adresse Professionnel :
[email protected]
CROCHET David
Professeur de Génie électrique
 Un dossier élève (pages 4 à -)
Lycée Joliot CURIE
 Un dossier prof (pages - à - )
Place du Pigeon Blanc
 Un dossier ressource (page - à -)
02500 HIRSON
 Un transparent (page - )
(Adresse valable jusq'au 30 juin 2002
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T.P. N° 5
Interface à transistor
Niveau : T STI GET
Lieu : Atelier d'électrotechnique
Durée : 3,5
heures
Organisation : groupe ½ classe, travail binôme
LIAISON AU RÉFÉRENTIEL
B2

PRÉ-REQUIS
Les élèves doivent être capables :
OBJECTIFS
Les élèves devront être capables de :
- Définir l'actigramme correspondant à l'interface
- Représenter l'interface à partir du schéma structurel
- Déterminer les caractéristiques de sortie d'une porte NAND
- Déterminer les caractéristiques d'une diode électroluminescente et d'un relais
- Interpréter l'association de la porte logique avec la L.E.D. puis le relais
- Justifier l'emploi d'un transistor
- Calculer les éléments des circuits de base et du collecteur du transistor
- Établir le schéma de l'interface et valider le fonctionnement par des relevés
- Représenter la tension aux bornes de l'interrupteur avec ou sans diode de roue libre aux bornes du
relais
- Justifier l'emploi de la diode de roue libre
- Adapter un signal électrique de faible puissance pour commander un circuit puissance supérieure
NIVEAU D'APPRENTISSAGE
-
Apprendre à (savoir intégré)
Apprendre à (savoir actif)
MÉTHODE
-
Active formative
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B 2 - ÉLECTROTECHNIQUE
S.T.I. - G.E.T.
INSTALLATION INDUSTRIELLE
DOSSIER PÉDAGOGIQUE
TP N° 2
Interface à transistor
Objectif :
- Définir l'actigramme correspondant à l'interface
- Représenter l'interface à partir du schéma structurel
- Déterminer les caractéristiques de sortie d'une porte NAND
- Déterminer les caractéristiques d'une diode électroluminescente et d'un relais
- Interpréter l'association de la porte logique avec la L.E.D. puis le relais
- Justifier l'emploi d'un transistor
- Calculer les éléments des circuits de base et du collecteur du transistor
- Établir le schéma de l'interface et valider le fonctionnement par des relevés
- Représenter la tension aux bornes de l'interrupteur avec ou sans diode de roue
libre aux bornes du relais
- Justifier l'emploi de la diode de roue libre
- Adapter un signal électrique de faible puissance pour commander un circuit
électrique de puissance supérieure.
Matériel :
- 1 interface à transistor
- 1 L.E.D.
- 1 relais miniature
- 1 oscilloscope
Documents :
- Documents réponses
- Dossier ressources
- Cours
Secteur : Atelier d'électrotechnique
Nom, Prénom :
Durée : 3,5 heures
Classe, Groupe :
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Interface à transistor
1. Introduction
1.1. Définir le support d'activité et les matières d'œuvre d'entrée et de sortie de
l'actigramme A-0.
1.2. Définir le support d'activité et la matière d'œuvre de sortie du module A2
1.3. A partir du schéma structurel, représenter l'interface de sortie.
2. Visualisation d'un état par une L.E.D.
On se propose de visualiser l'état de la sortie d'une porte NAND (circuit intégré
CMOS 4011) à l'aide d'une diode électroluminescente.
2.1. Sachant que la tension d'alimentation du circuit intégré est de 15 V,
déterminer, en utilisant la documentation technique, VOH et IOH.
2.2. Déterminer, en utilisant la documentation technique, pour la diode
électroluminescente verte, l'intensité Id du courant qui doit la parcourir pour
quelle éclaire normalement. Déterminez également la différence de potentiel
qui apparaît à ces bornes.
2.3. La portes NAND peut-elle commander directement la L.E.D. ? Pourquoi ?
2.4. On se propose maintenant de commander cette L.E.D. par l'intermédiaire
d'une interface à transistor. Proposer un schéma de montage.
2.5. Le transistor utilisé est le 2N2222. Déterminer, à l'aide de la documentation
technique, VCEsat et le gain mini  de ce transistor.
2.6. Calculez les valeurs théoriques à donner à la résistance insérée dans la base du
transistor (Rb) ainsi que celle insérée dans son collecteur (Rc). Calculer la
puissance que doivent dissiper ces deux résistances.
2.7. Choisissez des valeurs normalisées en résistances et en puissance pour R b et
Rc.
2.8. Faites vérifier vos calculs par votre professeur, puis, après accord, effectuez le
montage.
Nota : La porte NAND ne figure pas sur votre maquette d'essai. Les états 0 et 1
pris par la sortie de cette porte seront réalisés en connectant l'entrée de
l'interface soit au 0 V soit au + 15 V.
2.9. Faites valider le fonctionnement du montage par votre professeur
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2.10.
Mesurer les différences de potentiel aux bornes de Rb, Rc, VCE et aux
bornes de la L.E.D.
3. Étude d'une interface à relais
3.1. Réalisation d'un clignotant
On se propose de réaliser un clignotant à partir d'un G.B.F., en utilisant la sortie TTL
(5 V).
3.1.1. Réglez à l'aide de l'oscilloscope la période du signal de la sortie du
G.B.F. à une seconde. Faire vérifier votre réglage par votre professeur.
On propose le schéma de branchement suivant :
+ 12 V
KA1
Sortie
T.T.L. 5 V
D
KA1
R1
Rb
2N2222
L.E.D.
rouge
G.B.F
.
D'après la documentation technique mise à votre disposition :
3.1.2. Relevez les caractéristiques de la bobine du relais (tension et résistance)
de référence "FBR 611 – 621" à 1 RT
3.1.3. En déduire la valeur du courant de la bobine
3.1.4. Déterminez la valeur de la résistance Rb ainsi que sa puissance dissipée.
3.1.5. Choisir une valeur normalisée de résistance et de puissance
3.1.6. Déterminer la valeur de la résistance R1 ainsi que sa puissance dissipée.
3.1.7. Choisir une valeur normalisée de résistance et de puissance
3.1.8. Faites vérifier vos calculs par votre professeur puis réalisez votre
montage.
3.1.9. Faites valider le fonctionnement par votre professeur
3.1.10.
Proposer un montage permettant de visualiser le temps de
commutation entre la sortie du G.B.F. et la L.E.D. rouge.
3.1.11.
Après accord de votre professeur, effecteur la mesure. Conclure.
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3.2. Rôle de la diode de roue libre
On se propose d'étudier l'intérêt de placer une diode en parallèle avec la bobine
du relais. Cette étude pouvant provoquer la destruction du transistor, on remplacera
celui-ci par un bouton poussoir. On propose le montage suivant :
+ 12 V
KA1
3.2.1. Proposer un schéma de montage permettant de relever, à l'oscilloscope à
mémoire, l'allure de la tension aux bornes du bouton poussoir lorsque l'on
commande la fermeture puis l'ouverture du relais.
3.2.2. Après vérification du schéma par votre professeur, effecteur le montage
puis la mise sous tension de celui-ci.
3.2.3. Relevez à l'oscilloscope les variations de tension aux bornes du bouton
poussoir
3.2.4. Que constatez-vous ? Quelle valeur maximale atteint la tension ?
3.2.5. En déduire les conséquences pour le transistor
3.2.6. On place en parallèle sur la bobine du relais une diode dite diode de roue
libre. Proposez une modification du montage puis, après accord de votre
professeur, relevez de nouveau l'allure de la tension aux bornes du bouton
pousoir.
3.2.7. Que constatez-vous ? Quelle valeur maximale atteint la tension ?
3.2.8. Conclure par rapport aux deux relevés, sur le rôle de la diode de roue
libre
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B 2 - ÉLECTROTECHNIQUE
S.T.I. - G.E.T.
INSTALLATION INDUSTRIELLE
DOSSIER RESSOURCE
TP N° 2
Interface à transistor
Objectif :
- Définir l'actigramme correspondant à l'interface
- Représenter l'interface à partir du schéma structurel
- Déterminer les caractéristiques de sortie d'une porte NAND
- Déterminer les caractéristiques d'une diode électroluminescente et d'un relais
- Interpréter l'association de la porte logique avec la L.E.D. puis le relais
- Justifier l'emploi d'un transistor
- Calculer les éléments des circuits de base et du collecteur du transistor
- Établir le schéma de l'interface et valider le fonctionnement par des relevés
- Représenter la tension aux bornes de l'interrupteur avec ou sans diode de roue
libre aux bornes du relais
- Justifier l'emploi de la diode de roue libre
- Adapter un signal électrique de faible puissance pour commander un circuit
électrique de puissance supérieure.
Matériel :
- 1 interface à transistor
- 1 L.E.D.
- 1 relais miniature
- 1 oscilloscope
Documents :
- Documents réponses
- Dossier ressources
- Cours
Secteur : Atelier d'électrotechnique
Nom, Prénom :
Durée : 3,5 heures
Classe, Groupe :
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 Relais miniature pour tension continue
Caractéristique de la bobine
Résistance en
Tension
Nombre
courant continu
nominale [V]
de spire
à 20 °C []
6
8
840
12
40
1700
24
170
3500
48
550
6000
 Transistor pour commutation
Transistor petit signaux
V
Ic Ptot à T° amb VCEsat VBEsat
 à Ic
Type
Boitier CE0
[V] [mA] [mW] [°C] [V]
[V]
[mA]
2N2222 TO-18 30
800
625
25
1,2
0,6 100/300 150
2N2369A TO-92 15
600
625
25
0,8
0,6
4/120
10
2N5550 TO-92 140
60
625
25
0,9
0,6
> 60
10
2N1613 TO-39 50
500
800
25
0,7
0,6 40 – 120 150
 Diode électroluminescente
Couleur If nom
Rouge
10 mA
Verte
10 mA
Jaune
10 mA
Vf nom
1,7 V
2,1 V
2,1 V
Vf max
2,0 V
2,8 V
2,8 V
Vr max
5V
5V
5V
 Valeur normalisées des résistances
Série E24 : 10 – 11 – 12 – 13 – 15 – 16 – 18 – 20 – 22 – 24 – 27 – 30 – 33 – 36 –
39 – 43 – 47 – 51 – 56 – 62 – 68 – 75 – 82 – 91
La série définit le nombre des premiers chiffres significatifs auxquels on applique
un coefficient multiplicateur puissance de 10 (de 10-2 à 105)
 Porte NAN CMOS 4011
Paramètres
Courant de
sortie à l'état
haut
Tension de
sortie à l'état
haut
Symboles VDD
5
IOH
10
15
5
VOH
10
15
Valeurs typiques
-3,2
-2,6
-6,8
5
10
15
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