devoir surveille d`electronique

I.U.T. MONTPELLIER
Département Mesures Physiques
1er Année
Juin 2014
DEVOIR SURVEILLE D’ELECTRONIQUE
Machine programmable et téléphone portable interdits.
Les trois exercices proposés sont indépendants. Tous les schémas sont sur la feuille cijointe qui doit être rendue avec la copie. Tout résultat donné sans explication ne sera pas pris en
compte.
EXERCICE I : CHAINE DE MESURE D’UN CAPTEUR DE PRESSION (35-40mn)
Soit un capteur de pression, placé dans un conditionneur du capteur. Ce conditionneur
délivre en sortie une tension V1 (t )  VM sin (1t ) , de période T1 et d’amplitude VM
proportionnelle à la pression P. Pour récupérer l’amplitude de V1 (t) , on utilise le montage suivant,
constitué d’un montage redresseur simple alternance et d’un filtre passe bas :
V1(t)
Redresseur
simple
alternance
V2(t)
V3
Redressement (figure 1)
a. Dans le montage la diode est supposée idéale. Donner la caractéristique Id=f(Vd) d’une diode
idéale. Préciser son schéma équivalent lorsqu’elle est passante puis bloquée.
b. Le montage est attaqué par V1(t). Cette tension est représentée figure 2. Déterminer l’état de
la diode de 0 à T1/2 puis de T1/2 à T1 ; Expliquer. En déduire l’expression de la tension V2(t)
lorsque la diode est bloquée puis lorsqu’elle est passante.
c. Dessiner V2(t) sur la feuille schémas, figure 2. Le signal V2(t) est-il alternatif ? Justifier.
1.
d. Montrer que la valeur moyenne du signal V2(t) est V2moy 
2.
VM
.
π
Filtre passe bas (figure 3) Le circuit RC qui est supposé à vide.
a. Calculer la fonction de transfert T 
V3
du circuit. Soit T  K V
V2
1
ω
1 j
ωC
La forme
généralisée de ce filtre.
b. En identifiant la fonction de transfert trouvée à la forme généralisée, déterminer K v et fc
en fonction des éléments du montage.
c. Quelle est la condition qui doit exister entre fc et T1 pour que la composante alternative de
V2(t) soit fortement atténuée par le filtre passe bas. Donner alors l’expression de la tension de
sortie du filtre V3 . Montrer que V3 est proportionnelle à la pression P.
EXERCICE II : CHAINE DE MESURE D’UN CAPTEUR DE TEMPERATURE
(30mn)
Le capteur de température utilisé dans cet exercice est une sonde PT100. Cette sonde de
platine est un capteur résistif dont la résistance notée RC, varie en fonction de la température
3
selon la loi de variation suivante : RC  R0 (1  aT) , où a  3,85.10 °C-1. R0 =100 est la
résistance de la sonde à 0°C, et RC la résistance de la sonde à la température T.
Le capteur et ses conditionneurs sont représentés sur le schéma donné figure 4. L’étage 1
est le conditionneur du capteur : c’est un générateur de courant qui délivre un courant négatif.
Le conditionneur du signal est constitué des étages 2 et 3.
Etude de l’étage 1
Déterminer Vm  f (I ; Rc ) .
1.
a.
b. Donner les valeurs de Vm pour les températures extrêmes 0 °C et 100 ° C, sachant que
I   1mA .
2.
Préciser la nature et l’utilité de l’étage 2. Exprimer VS2=f (Vm).
Etude de l’étage 3
a. En utilisant le théorème de Millman, exprimer V   f (V ; VREF ; VS2 ) .
3.
b. En déduire V en fonction de VREF, de Vm et des résistances du montage.
c. Déterminer la valeur qu’il faut donner à VREF pour obtenir une tension V nulle lorsque T=
0°C. On donne : R3 =10kΩ et R4 =1kΩ.
d. Déterminer la valeur qu’il faut donner à R5 pour obtenir une tension V=10V lorsque T=100°C.
e. Sachant que la relation entre V et la température T est linéaire, déduire des résultats
précédents la valeur de la tension V pour une température de 65°C.
EXERCICE III : DETECTEUR D’EAU DANS UN FILTRE A GAS-OIL (20-25mn)
Le filtre à gas-oil permet d’arrêter les particules solides indésirables, mais pas l’eau
pouvant se former par condensation sur les parois internes du réservoir. Pour éviter de
détériorer le système d’injection, la présence d’eau doit être signalée au conducteur. Le
détecteur d’eau est constitué d’une sonde comportant deux électrodes placées dans la partie
inférieure de la cuve du filtre.
En l’absence d’eau entre les électrodes, la sonde est équivalente à un interrupteur ouvert.
En présence d’eau dans le filtre, on l’assimilera à une résistance RC=18k..
Dans le montage de la figure 5, l’AOP est parfait et fonctionne en régime NON linéaire : si
V   V  , V1  12V et si V   V  , V1  0V . Le transistor fonctionne en commutation.
On donne :
 pour le transistor : VBEsat =0,8V, =100
 pour la LED : lorsqu’elle est passante, VD=2,2V et ID=ICsat= 20mA
 ECC=12V, R1=18kΩ, R2=56kΩ
On suppose qu’il n’y a pas d’eau dans le filtre
a. Déterminer la valeur de V  .
b. En déduire la valeur de V1 . Quel est alors l’état du transistor ? Justifier. Donner son schéma
équivalent vu de la sortie.
c. En déduire l’état de la LED (éteinte ou allumée ?).
1.
On suppose la présence d’eau dans le filtre
a. Exprimer V   f (E cc ; Rc ; R1 ) . Faire l’application numérique.
2.
b. En déduire la valeur de V1 . Quel est alors l’état du transistor. Donner son schéma équivalent
vu de la sortie. Préciser l’état de la LED (éteinte ou allumée ?).
c. Déterminer la valeur de la résistance R3.