Etude d`un conditionneur de capteur passif

CC1
ÉTUDE D’UN CONDITIONNEUR DE CAPTEUR PASSIF :
LE GÉNÉRATEUR DE COURANT AVEC CHARGE À LA MASSE
I-1) Dans la suite, Rx simulera la résistance d’un capteur résistif. Réaliser le montage
proposé figure 1 avec R = 4,7 kW. On prendra pour résistance Rx l’association série de boîtes AOIP
x10, x100, x1000.
R
R
A
R
S
+
R
+
B
(15V, 0)
Ve
i
V1
Rx
Vx
M
M
M
Figure 1
On rappelle que, sur les modules TP en plexiglass, les bornes noire, bleue et rouge
représentent respectivement le -15 volts, la masse et le +15 volts.
I-2) Faire les réglages nécessaires. Compléter le tableau ci-dessous par les résultats des
mesures à réaliser au voltmètre numérique. Le courant i sera déduit des valeurs de Vx et Rx.
Rx
(W)
50
150
500
1000
1500
2000
Vx
(V)
V1
(V)
i (mA)
Vérifier que, tant que l’A.O fonctionne en régime linéaire,
- le courant i est égal à Ve/R et reste constant ;
- la relation 2 Vx = V1 est valable.
2500
3000
CC2
II- Mesure de la résistance d’entrée Re du montage entre A et M.
Pour mesurer la résistance d’entrée du montage pris entre A et M, on complète le schéma
de la figure 1 par une résistance R0 = 10 kW placée en série avec la source (15V, 0) (figure 2). On a
ainsi transformé la source (15V, 0) en source (15V, R0 ) .
R
R
S
R0
A
R
+
+
R
B
(15V, 0)
Ve
i
V1
Rx
Vx
M
M
Figure 2
Mesurer la tension Ve. En déduire:
- la résistance d’entrée Re du montage pris entre A et M connaissant R0 et la f.é.m E =
15V de la source (donner la formule utilisée) ;
- le rapport Ve/R.
Mesurer Vx puis en déduire i connaissant Rx.
Mesurer V1.
Compléter le tableau proposé ci-dessous. Les valeurs de Rx ont été choisies de manière
que l’A.O fonctionne toujours en régime linéaire.
Rx (W)
Ve (V)
Re (W)
Vx (V)
i (mA)
Ve/R
(mA)
V1 (V)
50
150
500
1000
1500
2000
CC3
Constater que la relation i = Ve/R est toujours vérifiée tandis que i dépend désormais de
Rx. On n’a donc plus affaire à un générateur de courant constant. A quoi cet inconvénient tient-il ?
Un calcul théorique montre que, pour un A.O fonctionnant en régime linéaire:
R
Re =
(1)
Rx
1R
Choisir une représentation graphique permettant une vérification de ce résultat.
La formule (1) montre que la résistance d’entrée Re devient < 0 si Rx > R. Ce cas ne peut
être obtenu expérimentalement avec les valeurs précédemment choisies pour E (15 V) et R (4,7 kW)
car l’A.O sature avant que Rx n’excède R. Lever cette difficulté en remplaçant la source (15 V; R0 ) du
montage 2 par une source (1V; Ri) réalisée à l’aide d’un montage diviseur de tension à partir d’un
potentiomètre de 10kW. Déterminer Ri en utilisant une résistance de charge connue (10 kW par
exemple): Ri remplacera R0 dans le montage précédent.
Fixer par exemple Rx = 8 kW.
- Mesurer Ve,Vx et V1 comme précédemment.
- En déduire Re. Comparer au résultat prévu par (1).
- Comparer i = Vx/Rx et Ve/R.
III- Etude des sources de tension (EBM ; RB M) et (ESM ; RS M).Revenir à la source (15 V; O).
Entre les points B et M, on recueille une tension Vx: on a donc affaire à une source de
tension; de même, entre les points S et M, on recueille V1 : on a affaire à une autre source de tension.
Les tensions Vx et V1 sont directement proportionnelles à Rx.
Rx est par exemple la résistance d’un capteur et dépend d’un paramètre extérieur, comme
la température, la pression, l’éclairement... Pour traiter analogiquement (à l’aide d’un amplificateur ou
d’un sommateur par exemple) l’information contenue dans Rx, il est donc possible d’utiliser soit la
source (EBM ; RBM) soit la source (ESM ; RSM). Pour guider ce choix, il est utile de connaitre les
caractéristiques de ces sources pour la gamme des Rx possibles.
III-a) Etude de la source de tension (EBM ; RB M).
Choisir Rx = 1kW et placer entre B et M une résistance Ru connue. Mesurer alors Vx
puis calculer le courant i1 débité par la source dans la charge Ru. Compléter le tableau ci-dessous.
Ru(W)
100
300
500
700
900
103
104
infinie
Vx(V)
i1 (mA)
Tracer la courbe Vx(i1). En déduire les caractéristiques EBM et RBM de la source quand
Rx=1kW. Comparer RBM et Rx.
EBM =
RBM =
i1 max =
CC4
En déduire le courant de court-circuit: i1max = icc.
Remarque: le courant de court-circuit est faible. On peut le mesurer facilement avec un
convertisseur courant-tension qui réalise les conditions de court-circuit pour la source (V+ =V- = 0)
RBM
icc
EBM
R
R = 1 kW
+
V S = - R icc
III-b) Etude de la source de tension (ESM ; RS M).
Conserver Rx=1kW. Placer entre S et M une résistance Ru connue. Mesurer alors V1 puis
calculer le courant i2 débité par la source dans la charge. Compléter le tableau ci-dessous.
Ru(W)
300
500
700
900
103
104
105
infinie
V1 (V)
i2 (mA)
Tracer la courbe V1 (i2).
En déduire les caractéristiques ESM et RSM de la source quand Rx = 1kW. Pour estimer la
limite supérieure du courant que peut débiter une telle source, diminuer progressivement Ru. Aucune
mesure du courant de court-circuit n’est à faire dans ce cas.
Conclusion.
ESM =
RSM =
i2 max =
III-c) Discussion.
Quelle sortie sera-t-il préférable d’utiliser si l’on désire recueillir
proportionnelle à Rx, quelle que soit la valeur de la charge employée ?
une tension
CC5