SP4 - Circuits électriques dans l`ARQS

Lycée Jean Perrin - Classe de TSI 1 - E. VAN BRACKEL
TD de Physique-Chimie
TD
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SP4 - Circuits électriques dans l’ARQS
Application de la loi des mailles/noeuds
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1. Dans le circuit (a), déterminer les expressions littérales de U1 et U2 en fonction de
E, r, R1 et R2 .
Loi des noeuds
2. Dans le circuit (b), déterminer l’expression littérale de I1 en fonction de I, R1 , R2 et
R3 .
Dans le circuit ci-contre, les dipôles notés Di sont quelconques. Calculer les valeurs des intensités inconnues. On donne
I0 = 4 A, I1 = 1 A et I4 = 2 A.
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Loi des mailles
Dans le circuit ci-contre, les dipôles notés Di sont quelconques. Calculer les valeurs des tensions inconnues. On donne
U2 = 4 V, U3 = 5 V et U6 = 10 V.
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Ponts diviseurs
Dipôles et manipulation des caractéristiques
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Alimentation stabilisée de laboratoire
La caractéristique d’un générateur continu
de laboratoire (alimentation stabilisée),
orienté en convention générateur, est donnée ci-contre.
Etude de circuits
1. Dans le circuit (a), déterminer les expressions littérales de I1 et I2 .
2. Dans le circuit (b), déterminer l’expression littérale de U.
1. Rappeler ce qu’est la convention générateur.
2. Ce dipôle est-il passif ou actif ? Est-il linéaire ou non ? Quelle est la tension à vide ?
3. Quelle(s) restriction(s) du domaine d’utilisation permet d’en faire un dipôle actif
linéaire ?
4. On vient brancher à ce dipôle une résistance R variable. Discuter du point de fonctionnement de l’alimentation selon la valeur de cette résistance.
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TD 6. SP4 - CIRCUITS ÉLECTRIQUES DANS L’ARQS
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Régulation de tension
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Mesure à l’oscilloscope
Soit une diode Zener dont la caractéristique simplifiée et son implantation dans le circuit L’entrée d’un oscilloscope est décrite par sa résistance d’entrée Re couramment égale à
1 MΩ.
d’étude est indiquée ci-dessous.
1. On connecte un générateur de résistance interne Rg = 50 Ω sur l’entrée d’un oscilloscope. Quelle erreur relative commet-on en confondant la tension à vide E et la
tension Ue mesurée sur l’écran ?
2. Un capteur électrochimique a une résistance interne égale à 500 kΩ, quelle erreur
relative de mesure apparaît si on connecte directement l’oscilloscope sur le capteur ?
3. On place entre le capteur et l’oscilloscope un adapteur du même type que celui de
l’exercice précédent, qui a pour effet de présenter une résistance d’entrée assez élevée
de Re0 = 10 MΩ. Que devient l’erreur relative précédente ? Commenter.
On donne : Vs = 0.6 V, Vz = 12 V ; la pente de la caractéristique pour Ud > Vs est
où rd = 10 Ω, tandis que pour Ud < Vz , elle vaut
R = 220 Ω.
1
rd
Puissance et énergie
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avec rz = 1.5 Ω. La résistance R vaut
rz
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On considère un circuit contenant un générateur de fem E = 10 V, de résistance interne
r = 5 Ω alimentant une résistance de R = 50 Ω.
1. En l’absence de charge (I = 0 A), exprimer et tracer la loi de variation de U en
fonction de E (on distinguera les différents cas).
1. Dessiner le schéma électrique du circuit en respectant les conventions usuelles récepteur/générateur. On notera U la tension aux bornes de la résistance et I le courant
dans le circuit.
2. On choisit E = 30 V. Jusqu’à quelle valeur Imax de I le dispositif régule-t-il la tension
de sortie ?
Résistances d’entrée/sortie
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Bilan de puissance
2. Déterminer les expressions de U et I.
3. Calculer les puissances dissipées par effet Joule.
L’opérateur suiveur
4. Faire un bilan de puissance pour l’ensemble du circuit.
On appelle suiveur de tension un opérateur dont la résistance d’entrée Re est infinie et
la résistance de sortie Rs nulle : ce n’est qu’un modèle idéalisé. Dans la suite on considère que ces composants ont une résistance finie, puis on prendra la limite adéquate du
comportement idéal du suiveur.
5. Déterminer enfin le rendement du circuit, défini comme η =
10
Putile
.
Pfournie
Energie contenue dans une batterie
On lit sur une batterie de voiture les indications suivantes : 12 V , 70 Ah
1. Rappeler ce que sont les résistances d’entrée et de sortie.
1. A quoi ces indications correspondent-elles ?
2. Quel facteur d’atténuation met en jeu le branchement d’un suiveur en sortie d’un
générateur de résistance interne Rg ?
2. En sachant que la charge élémentaire est e = 1.6 · 10−19 C, quel est le nombre
d’électrons que cette batterie peut faire circuler dans le circuit ?
3. Quel facteur d’atténuation obtient-on lorsqu’on connecte un dipôle de résistance R
en sortie d’un suiveur ?
3. En supposant que la tension reste constante égale à 12 V, quelle est la puissance
fournie par la batterie si elle débite 70 A ?
4. Quel avantage présente l’interposition d’un suiveur entre le générateur et le dipôle
résistif ?
4. Quelle énergie totale cette batterie contient-elle ?
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E. VAN BRACKEL