Numérisation d`une tension

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MPI
NUMERISATION D'UNE TENSION
Chap.12
 Objectifs : Etudier un montage électrique qui permette d'encadrer une tension réelle sans voltmètre ;
Utiliser des portes logiques pour numériser une tension continue ;
I. Présentation du montage complet de numérisation d’une tension inconnue
Source : http://labotp.org/
 Nous allons étudier chaque partie de ce montage soit :
 L’échelle de tension ;
 La comparaison de tensions ;
 Le décodeur
II. L’échelle de tension
 Une échelle de tension est caractérisée par
 Sa tension de référence Uref
 Le pas p de l’échelle
 Réaliser, sur une platine d’essais, le montage de l’échelle de tension avec 5 résistances de même valeur
(1 k, 330  ou 220 )
 Alimenter ce circuit à l’aide du générateur de tension réglable initialement réglé sur 3,0 V.
 Un voltmètre va mesurer successivement les tensions UEM, UDM, UCM, UBM et UAM.
1) Compléter le tableau suivant :
Uréf (V)
UEM (V)
UDM (V)
UCM (V)
UBM (V)
UAM (V)
pas p (V)
3,0
5,0
2) A quelle tension correspond le pas p de l’échelle de tension ?
3) Exprimer p en fonction de Uréf. Donner les expressions numériques de UAM, UBM et Uréf en fonction du pas p.
4) A l’aide de la relation vue sur le diviseur de tension, retrouver les expressions numériques des tensions UAM
et UBM en fonction du pas p.

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III. Comparaison de tensions
A. Etude du montage
1) Les amplificateurs opérationnels (CIL) fonctionnent-ils en régime linéaire ou en régime saturé ?
2) Pour le CIL 1, quelles sont les valeurs possibles de la tension de sortie Us sachant que les tensions
d’alimentation du CIL sont de 0 et 15V ?
3) La tension Uréf est réglée sur 5,0 V. A quelle condition sur Uinc la diode électroluminescente D1 est-elle
passante ? Même question pour D2 ?
B. Etude du voltmètre lumineux
 En utilisant plusieurs CIL montés en comparateur et une échelle de tension, on peut réaliser un voltmètre
lumineux qui donne un encadrement d'une tension inconnue.
 Le module ci-contre, est constitué :
 D’une échelle de tension avec 5 résistances identiques
 De 4 CIL (ou amplificateurs opérationnels) en montage comparateur
 La sortie de chaque CIL est reliée à une résistance de protection en série avec une diode
électroluminescente rouge.
 Le module est alimenté avec une tension Ualim = 15 V. Cette tension sert d’alimentation aux CIL.
 La tension inconnue Uinc est une fraction de Uref que l’on peut modifier avec un potentiomètre rotatif.
 La borne jaune permet de mesurer la tension inconnue Uinc.
 Alimenter le module entre les bornes rouge et noire. Régler le potentiomètre rotatif pour que toutes les
D.E.L. soient éteintes.
4) Mesurer la tension Uref entre les deux extrémités M et E de l’échelle de tension : Uref = ............ V
5) Mesurer les tensions UDM, UCM, UBM et UAM.
6) Tourner délicatement le potentiomètre et observer les D.E.L. Soit N le nombre de D.E.L. allumées. On
note « 0 » une D.E.L. éteinte et « 1 » une D.E.L. allumée. Compléter le tableau suivant :
Etat des D.E.L. (allumée ou éteinte)
N
D1
D2
D3
D4
Encadrement de Uinc
0
0,0 V < Uinc < ............ V
............ V < Uinc < ............ V
............ V < Uinc < ............ V
............ V < Uinc < ............ V
............ V < Uinc < ............ V
amplificateur opérationnel
Echelle de tensions

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7) Régler le potentiomètre afin qu’une D.E.L. ou plus soit allumée. Mesurer La tension Uinc en branchant le
voltmètre entre la masse M et la borne notée Uinc ? Vérifier l’encadrement de Uinc.
8) Quelle est la précision de ce voltmètre lumineux ?
9) Comment améliorer la précision de ce voltmètre lumineux, la tension Uref reste constante ?
IV. Le décodeur
 Le but du décodeur est de compter en binaire le nombre de D.E.L. allumées. Cette opération est appelée
numérisation de la tension Uinc.
 Cette numérisation est réalisée à partir de portes logiques.
A. Etude du décodeur
 Le décodeur met en jeu 4 portes logiques OU-Exclusif (EXOR) et 1 porte logique OU (OR)
Source : http://labotp.org/
1) Rappeler les tables de vérités des portes logiques OU-Exclusif et OU.
2) Compléter les colonnes P1, P2, S2, S1 et S0 du tableau ci-dessous.
D1
D2
D3
D4
P1
P2
S2
S1
S0
nombre décimal
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
3) Lancer le logiciel de Crocodile Physics puis créer le circuit ci-dessus . Vérifier les résultats du tableau.
4) Les valeurs des sorties S2S1S0 constituent un nombre binaire à 3 bits auquel on peut associer un nombre
décimal. Compléter la dernière colonne du tableau ci-dessus.
B. Numérisation d’une tension inconnue
 Le décodeur est visible sur le module et sur la figure ci-contre.+
5) Ce décodeur n’est formé que de 2 circuits intégrés. Pourquoi ?
6) Où se situe la porte logique OU ?
7) Pourquoi s’agit-il d’un décodeur décimal-binaire 3 bits ?
8) Combien d’états un décodeur 3 bits complet pourrait-il numériser en
tout ?
9) Combien d’états un décodeur 8 bits complet pourrait-il numériser en
tout ?
 Vous pouvez vérifier le fonctionnement du circuit complet en ouvrant le
fichier conv3bit_restreint.cyp avec le logiciel Crocodile Physics.