Classe Préparatoire CPE Lyon Institution des Chartreux Année 2007/2008 Groupe : 4 Pierrick Ausseresse Paul de Fromont Damien Jaillard Cédric Deveraux Professeur : Mr Tarazona Spé Spé Spé Spé A A D A Travaux d'Initiative Personnelle Encadrés Variabilité, limite, stabilité Réalisation d'un Générateur Basses Fréquences (G.B.F) module oscillateur du GBF A travers la réalisation de notre TIPE et guidés par le thème proposé, nous avons souhaités allier une recherche théorique à une réalisation pratique. Aussi, avons nous décidé de nous lancer dans la conception d'un Générateur Basses Fréquences. En effet, ce système rejoint parfaitement le thème de l'année: variabilité par sa nature, limite, imposée par les composants, stabilité, pour la qualité des signaux obtenus. Durant ce projet, nous avons suivis une démarche scientifique et industrielle. Nous avons décidés de ne recourir qu'à la seule électronique analogique afin de mettre en pratique nos connaissances théoriques acquises en classes préparatoires. De plus la conception de ce GBF, du choix des composants à la réalisation des plaques de circuits imprimés nous a permit de mieux appréhender les exigences d'une réalisation industrielle. LE PROJET Nous avions pour idée de concevoir un GBF, créant nous mêmes les modules qui le composeraient. Il nous fallait ainsi définir les différentes fonctions qu'assumeraient notre montage. Nous nous sommes donc arrêtés sur le système suivant : – – – 1- Récupération du signal secteur. 2- Construction des différents signaux de sortie (sinus, créneaux, triangles, continu). 3- Amplification en puissance des différentes sorties. Nous pensions, au départ, faciliter l'utilisation de notre appareil en optimisant l'interface utilisateur, avec la création d'un afficheur graphique (Ohm-mètre, Ampère-mètre, Volt-mètre). Cependant, la conception d'un tel système fut jugée trop gourmande en temps et investissement, d'où notre décision de nous limiter à la réalisation du GBF proprement dit, ce qui nous permettait, entre autres, de consacrer plus de temps à la réflexion, et donc une optimisation du résultat. Finalement, notre GBF permet donc d'obtenir, directement à partir du secteur, un signal alternatif sinus, créneau ou triangle, réglable en fréquence et en amplitude et/ou une alimentation continue stabilisée. LA REALISATION TECHNIQUE Une fois la conception théorique terminée, nous sommes passés à la réalisation pratique : la conception du GBF. Le principal défi fut de traduire nos concepts théoriques en réalité industrielle. À partir des schémas de base des modules (intégrateur, dérivateur ...) nous avons réalisés les montages sur des logiciels professionnels de CAO (Conception Assisté par Ordinateur), ceci nous a permis, d'une part de vérifier le fonctionnement de nos montages, et d'autre part de réaliser des schémas industriels lisibles et adaptés aux normes internationales. Pour la réalisation des typons, nous nous sommes donc rendus à l'école CPE où nous avons fait imprimer nos schémas et réaliser nos circuits. Une fois les typons réalisés, il ne nous restait plus qu'a souder les composants sur les circuits imprimés, puis à raccorder les différents modules entre eux. Nous sommes donc, actuellement, dans cette phase de construction du GBF, dans l'attente de pouvoir finaliser le résultat avec la mise en place du boîtier. LES MODULES Afin de faciliter la conception de notre GBF, nous avons préféré décomposer l'ensemble du système en différents modules présentés ci dessous: • Module de stabilisation Cette partie du système a pour but de convertir le signal fourni par le réseau EDF, sinusoïdal de fréquence 50 Hz avec une tension de 230 V en un signal continu de 24 V. Sous-modules: transformateur abaissement de la tension. redresseur redressement de la tension en un signal continu. stabilisateur stabilisation de la tension, la sortie est indépendante de la charge imposée. Ce module comporte deux sorties, l'une de puissance afin d'alimenter tous nos composants actifs, l'autre correspond au signal continue, variable en tension qui sera proposé en sortie. • Module oscillateur Ce module est le « coeur » du générateur, il ne reçoit que l'alimentation pour les amplificateurs opérationnels et renvoi en sortie les signaux sinusoïdaux, créneaux et triangles. Sous modules: montage comparateur-intégrateur rétro-bouclage d'un montage comparateur sur un montage intégrateur => apparition d'oscillations ==> obtention des signaux triangles et créneaux. conformateur à diodes approximation d'un signal sinusoïdal à partir du signal triangle (mise au point d'une modélisation mathématique pour déterminer la meilleure configuration de composants à utiliser) On obtient ainsi à la sortie de ce module, les différents signaux que doit fournir le GBF. Conformateur à diodes • Module d'amplification Ce sous-système réceptionne le signal choisi par l'utilisateur, l'amplifie en puissance et module sa tension. Sous modules: montage amplificateur amplification de la tension de sortie grâce à la tension de puissance délivrée par le module de stabilisation. • Carcasse montage multiplicateur multiplication du signal de sortie par un coefficient α (0< α<=1) Ce sous-ensemble de notre projet comporte toutes les solutions techniques adoptés pour l'interface utilisateur/GBF (boutons de sélection,diodes témoins...) Nous allons, de plus, tenter de concevoir une enceinte blindée électro-magnétiquement (cage de Faraday tout en assurant une ventilation correcte au système). C o n clu sion : Réaliser ce Générateur nous a donc permis de mener a bien une véritable démarche scientifique, partant de la réflexion purement théorique à la mise en oeuvre et la conception du GBF. Nous nous sommes confrontés à de multiples problèmes que nous avons soit résolus, soit contournés de manière à optimiser le plus possible notre système. Le résultat ne restera bien entendu qu'à l'état de prototype, néanmoins il s'agit d'un projet aboutit et fonctionnel pouvant servir à des amateurs « éclairés » L'expérience que nous avons pût en tirer est tout autant humaine que scientifique, il nous a fallut tout au long du projet, travailler en équipe, garder un groupe synchroniser sur l'avancement général et bien entendu ne pas baisser les bras devant l'échec. BIBLIOGRAPHIE Ouvrages : • • • Introduction à la géodésie de Jean-Philippe Dufour Guide pratique du GPS-édition 2007 de Paul Correia Les techniques de l'ingénieur Sites internet : Articles Wikpédia : • • • Amplificateur opérationnel [http://fr.wikipedia.org/wiki/Amplificateur_op%C3%A9rationnel] Transistor [http://fr.wikipedia.org/wiki/Transistor] GBF [http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9n%C3%A9rateur_de_basses_fr%C3%A9quences] Sites Internet : • • • • • • • • Cours transistors [http://www.bricotronique.com/courselec/transist.php] Transistor bipolaire[http://stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/bonnet/transistorbipolaire.htm] Oscillateur sinusoïdale [http://www.sonelecmusique.com/electronique_bases_osc_sinus.html] Le Site du Zéro [http://siteduzero.com] Onduleur autonome [http://missiontice.acbesancon.fr/sciences_physiques/physique_appliquee/simulation/onduleur_autonome/schema.htm] Vu-mètre [http://www.sonelec-musique.com/electronique_realisations_ajout_vumetre.html] Conformateur à diode [http://legwww.epfl.ch/~decurnex/Circuits+Systemes_Electroniques/Ampli%20diff %20conv%20triangle-sinus.pdf] Forum futura-science [www.futura-sciences.com/ ] Autres : Logiciel de CAO, DXP PROTEL Altium Designer 6.7 Remerciements : Nous remercions Mr Tarazona pour nous avoir suivi et conseillé tout au long de notre T.I.P.E. Nous remercions Mr Brenders pour avoir répondu patiemment à nos question. Nous remercions également Mr Abouchi, directeur de la filière ETI à CPE Lyon pour avoir donné accès au matériel de l'école. Nous remercions enfin Mr Thomas, technicien à CPE pour nous avoir conseillé et aidé dans la conception de nos typons. Nous remercions également la « Wikimedia Foundation » pour la mise à disposition de son encyclopédie libre en ligne et les communautés du Site du Zéro et de Futura-Science pour leurs réponses polies et pertinentes à nos questions. Nous remercions Mr Bois pour la création du Centre de Documentation et d'Information à la prépa. …