1. La partie du programme traitée, les objectifs et les capacités

LA LAMPE DE POCHE SANS PILE Partie 2
1. La partie du programme traitée, les objectifs et les capacités
visées

Partie du programme visée
POURQUOI ÉTEINDRE SES
PHARES QUAND LE MOTEUR
EST ARRÊTÉ ?
T4
Capacités
2. Comment recharger un accumulateur ?
Connaissances
Mettre en évidence expérimentalement
le rôle d'une diode dans un circuit.
Réaliser le redressement d'un courant

Cycle terminal
Tronc commun
Savoir que le redressement permet de passer d'un courant
électrique alternatif à un courant électrique continu.
Classe, niveau
Terminale ASSP (effectif 32 élèves : 2 groupes de 16 en sciences)
2. Les conditions matérielles, l’effectif de la classe, la durée
Salle de TP : 8 postes
Durée : une séance de 1h30.
Matériel par poste : un générateur 6V, une diode, une lampe 6V, des fils conducteurs, une résistance 1 k,
trois condensateurs de capacités différentes (47µF, 1000 µFet 4700 µF), deux capteurs voltmètre, un
système d’acquisition + ordinateur.
3. Situation déclenchante
Afin de comprendre le fonctionnement de la lampe de poche qu’il vient d’acheter, Aurélien décide de
démonter la lampe. Voici ce qu’il voit :
Problématique : Aurélien se demande comment le courant alternatif créé par la dynamo est transformé en
courant continu pour pouvoir charger la batterie.
4.Démarche guidée
1°) Repérer sur la photo de droite la dynamo et la batterie. C1
2°) A l’aide du document ci-dessous, identifier les autres composants electroniques visibles sur la photo
de droite ? C1
Résistance
Condensateur
DEL
diode
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Partie A : Rôle d’une diode alimentée en courant continu
De nombreux appareils électroniques (télécommande, appareil photo, baladeur …) sont alimentés par des
piles. Or, si celles-ci sont installées dans le mauvais sens, le circuit électronique risque d’être endommager.
C’est pourquoi, la plupart des fabricants rajoute une diode au niveau de l’alimentation.
+
1°) Proposer une façon de placer la diode pour protéger
le circuit électronique d’une inversion de polarité. C2
Circuit
électronique

Faire valider la proposition par le professeur. Remplacer les piles par un générateur continu 6 V
et le circuit électronique par une lampe 6 V et réaliser le montage. C3
Observation : Si les piles sont montées correctement, …………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… C5
Inverser les bornes du générateur pour simuler une erreur de polarité.
Observation : Si les piles sont montées à l’envers, ……………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… C5
2°) En déduire le rôle d’une diode alimentée en courant continu mis en evidence dans l’expérience. C4
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
3°) Dans le circuit imprimé de la lampe de poche, les diodes sont-elles alimentés en courant continu ? C5
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Partie B : Rôle d’une diode alimentée en courant alternatif
En utilisant un montage similaire au montage précédent mais alimenté en
courant alternatif, on souhaite observer l’effet d’un diode sur un courant
alternatif.
Ci-contre, on donne l’allure de la tension aux bornes du générateur
en fonction du temps.
1°) A partir des observations de la partie A, peut-on
prévoir l’allure de la tension aux bornes de la résistance ? C2
Si oui, compléter le graphique ci-contre. C5
+
2°) Afin de vérifier votre réponse, réaliser le montage ci-contre.
Appeler le professeur pour qu’il vérifie le montage.
Devant le professeur, paramétrer l’acquisition des tensions
(Durée d’acquisition 50 ms, 501 points. Synchronisation sur
le voltmètre 1). Fermer l’interrupteur puis lancer l’acquisition.
Système
Capteur
voltmètre 1
3°) L’expérience confirme-t-elle votre prévision ? C4
Capteur
voltmètre 2
d’acquisition
…………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
4°) Le courant qui traverse la résistance est-il toujours alternatif ? C5
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Partie C : Rôle d’un pont de diodes

Le circuit imprimé de la lampe de poche contient 4 diodes
branchées d’une certaine manière qu’on appelle pont de
diodes. Le but de cette partie est de mettre en évidence
son interêt.

+

1°) Réaliser le montage ci-contre. C3
Appeler le professeur pour qu’il vérifie le montage.
Puis, devant lui, fermer l’interrupteur et lancer
l’acquisition.
Système
Capteur
voltmètre 1
Capteur
voltmètre 2
d’acquisition
2°) Qu’observe-t-on ? C5
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
3°) Expliquer l’évolution de la tension aux bornes de la résistance en illustrant par des fléches de couleurs
différentes le sens du courant à chaque alternance. C2
4°) Que peut-on dire du sens du courant qui traverse la résistance ? C5
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
5°) Le courant qui traverse la résistance est-il continu ? C5
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Partie D : Le rôle d’un condensateur ajouté en parallèle.

1°) Réaliser le montage ci-contre.
Attention à la polarité du condensateur. C3
Appeler le professeur pour
qu’il vérifie le montage.
Puis, devant lui, fermer
l’interrupteur et lancer l’acquisition.


Système
Capteur
voltmètre 1
Capteur
voltmètre 2
d’acquisition
2°) Compléter le graphique ci-contre : C5
+
3°) Ouvrir l’interrupteur et remplacer le condensateur
de 47 F par un condensateur de 1 000 F.
Fermer l’interrupteur et relancer l’acquisition.
Compléter le graphique ci-contre : C5
4°) Faire de même avec un condensateur de 4 700 F.
Compléter le graphique ci-contre : C5
5°) Quel condensateur permet d’obtenir une tension pratiquement continue ? C4
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Explication :
Lorsque la tension à la sortie du pont de diode augmente, le condensateur se charge (il stocke de l’énergie)
Lorsque la tension à la sortie du pont de diode tend à diminuer, le condensateur se décharge (libère
l’énergie stockée) dans la résistance, ce qui évite une baisse brutale de la tension.
Si le condensateur a une capacité suffisante et qu’il se décharge très lentement, les variations de la
tension peuvent être négligeables, la tension est quasiment continue.
Partie E : Retour à la problématique : « Comment le courant alternatif créé par la dynamo est
transformé en courant continu pour pouvoir charger la batterie ? »
A partir des résultats expérimentaux, répondre à la problématique en précisant les composants
nécessaires ainsi que leur rôle. C5
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………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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5. Expérimentation
Partie A :
+
Circuit
électronique
Les élèves réalisent par exemple le montage ci-contre et

vérifient que lorsque les piles ont bien branchées, la diode
laisse passer le courant et le circuit électronique est alimenté normalement
Lorsque les piles sont mal branchées, la diode bloque le passage du courant et protège alors le circuit
électronique d’une mauvaise alimentation.
Partie B :
Les élèves vérifient qu’une diode alimentée en courant alternatif supprime les alternances négatives et
permet un redressement mono alternance.
Partie C :
Les élèves mettent en évidence qu’un pont de diodes alimenté en courant alternatif permet le
redressement double alternance du courant alternatif.
Partie D :
Les élèves mettent en évidence que le condensateur rajouté en parallèle avec le pont de diodes permet de
lisser le courant redressé et obtenir ainsi un courant continu.
6. La communication du résultat et la confrontation à l’hypothèse Restitution :
Les expériences des parties A et B permettent de valider ou d’infirmer les hypothèses des élèves et de
mettre en évidence le rôle d'une diode dans un circuit.
Les expériences des parties C et D permettent réaliser le redressement d’un courant alternatif etde
mettre en évidence le rôle du condensateur branché en parallèle et l’influence de sa capacité sur le
lissage.
7. L’écriture de la trace écrite :
 Rôle d’une diode
Une diode est un composant qui ne laisse passer le courant que dans le
sens indiqué par son symbole.
Si la tension aux bornes de la diode est supérieure à la tension de seuil
la diode est passante, sinon elle est bloquée et se comporte comme un
interrupteur ouvert.
La diode, permet d’obtenir un redressement mono-alternance d’un courant alternatif.
 Pont de diodes
Le pont de diodes permet d’obtenir un redressement double-alternance d’un courant alternatif.
 Lissage
L’ajout d’un condensateur permet de lisser la tension. Si le condensateur est bien choisi, on obtient une
tension qui est proche d’une tension continue.
Pour redresser correctement un courant alternatif il faut donc un pont de diode et un condensateur
8. La structuration des connaissances
Maureen étudie le redressement d’un courant délivré par une dynamo.
Voici plusieurs oscillogrammes qu’elle a relevés sur l’écran de son oscilloscope.
Voici les réglages de l’oscilloscope :
Balayage horizontal: 5 ms/div.
Sensibilité verticale : 2 V/div.
Oscillogramme 1
Oscillogramme 2
Oscillogramme 3
Oscillogramme 1
1°) Comment s’appelle une telle tension ? C1
2°) La fréquence de la tension observée est-elle de 50 Hz ? C4
Oscillogramme 2
3°) Quelle est la valeur de la tension maximale observée ? C3
4°) Comment s’appelle une telle tension ? C1
5°) Comparer la fréquence cette tension à celle de la tension observée sur l’oscillogramme 1 ? C3
6°) Parmi les montages proposés ci-après, indiquez celui (ou ceux) qui ont permis d’observer cette tension.
C2
Oscillogramme 3
7°) Comment s’appelle une telle tension ? C1
8°) Quelle est la valeur de la tension observée ? C3
9°) Quel composant Maureen a-t-elle branché pour passer de l’oscillogramme 2 à l’oscillogramme 3 ?
Comment l’a-t-elle branché ? C2