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
1 Loi des noeuds
Dans le circuit ci-contre, les dipôles no-
tés Disont quelconques. Calculer les va-
leurs des intensités inconnues. On donne
I0= 4 A,I1= 1 A et I4= 2 A.
2 Loi des mailles
Dans le circuit ci-contre, les dipôles no-
tés Disont quelconques. Calculer les va-
leurs des tensions inconnues. On donne
U2= 4 V,U3= 5 V et U6= 10 V.
3 Etude de circuits
1. Dans le circuit (a), déterminer les expressions littérales de I1et I2.
2. Dans le circuit (b), déterminer l’expression littérale de U.
4 Ponts diviseurs
1. Dans le circuit (a), déterminer les expressions littérales de U1et U2en fonction de
E, r, R1et R2.
2. Dans le circuit (b), déterminer l’expression littérale de I1en fonction de I, R1,R2et
R3.
Dipôles et manipulation des caractéristiques
5 Alimentation stabilisée de laboratoire
La caractéristique d’un générateur continu
de laboratoire (alimentation stabilisée),
orienté en convention générateur, est don-
née ci-contre.
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 fonc-
tionnement de l’alimentation selon la valeur de cette résistance.
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TD 6. SP4 - CIRCUITS ÉLECTRIQUES DANS L’ARQS
6 Régulation de tension
Soit une diode Zener dont la caractéristique simplifiée et son implantation dans le circuit
d’étude est indiquée ci-dessous.
On donne : Vs= 0.6 V,Vz= 12 V ; la pente de la caractéristique pour Ud>Vsest 1
rd
où rd= 10 Ω, tandis que pour Ud<Vz, elle vaut 1
rz
avec rz= 1.5 Ω. La résistance R vaut
R = 220 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).
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
7 L’opérateur suiveur
On appelle suiveur de tension un opérateur dont la résistance d’entrée Reest infinie et
la résistance de sortie Rsnulle : ce n’est qu’un modèle idéalisé. Dans la suite on consi-
dère que ces composants ont une résistance finie, puis on prendra la limite adéquate du
comportement idéal du suiveur.
1. Rappeler ce que sont les résistances d’entrée et de sortie.
2. Quel facteur d’atténuation met en jeu le branchement d’un suiveur en sortie d’un
générateur de résistance interne Rg?
3. Quel facteur d’atténuation obtient-on lorsqu’on connecte un dipôle de résistance R
en sortie d’un suiveur ?
4. Quel avantage présente l’interposition d’un suiveur entre le générateur et le dipôle
résistif ?
8 Mesure à l’oscilloscope
L’entrée d’un oscilloscope est décrite par sa résistance d’entrée Recouramment égale à
1 MΩ.
1. On connecte un générateur de résistance interne Rg= 50 Ω sur l’entrée d’un oscil-
loscope. Quelle erreur relative commet-on en confondant la tension à vide E et la
tension Uemesurée 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 R0
e= 10 MΩ. Que devient l’erreur relative précédente ? Commenter.
Puissance et énergie
9 Bilan de puissance
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. Dessiner le schéma électrique du circuit en respectant les conventions usuelles récep-
teur/générateur. On notera U la tension aux bornes de la résistance et I le courant
dans le circuit.
2. Déterminer les expressions de U et I.
3. Calculer les puissances dissipées par effet Joule.
4. Faire un bilan de puissance pour l’ensemble du circuit.
5. Déterminer enfin le rendement du circuit, défini comme η=Putile
Pfournie
.
10 Energie contenue dans une batterie
On lit sur une batterie de voiture les indications suivantes : 12 V ,70 Ah
1. A quoi ces indications correspondent-elles ?
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. 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. Quelle énergie totale cette batterie contient-elle ?
2E. VAN BRACKEL