Chapitres 1 et 2 DS n1
DS n1 : Montages à base d’ALI et filtrage linéaire
La calculatrice est autorisée. Durée : 4h.
Lénoncé comporte cinq problèmes indépendants. Le candidat traitera au choix l’un des deux sujets suivants :
.Sujet 1 :
Problème A : Métrologie par opposition (CCP PC 2012)
Problème B : Filtrage du signal et mesure du déphasage (Centrale PC 2008)
.Sujet 2 :
Problème C : Modélisation fréquentielle de dipôles (Mines PSI 2009)
Problème B : Filtrage du signal et mesure du déphasage (Centrale PC 2008)
Merci d’indiquer clairement sur la première page de votre copie si vous désirez que soit indiqué votre rang
de classement.
Le candidat peut traiter les différents problèmes du sujet qu’il aura choisi dans l’ordre souhaité. S’il repère
ce qu’il lui semble être une erreur d’énoncé, le candidat est invité à le signaler sur sa copie en expliquant les
raisons des initiatives qu’il est amené à prendre.
1PSI, lycée de l’Essouriau, 2016/2017
CCP Physique 2 PC 2012 — Énoncé 8/12
3.4.2.b)L'ordrepétant fi,une petitevariation d de lalongueur d'onde entraîne une petite
variation d!de laposition angulairedu pic consi.Endifférentiant membre à membre
l'équation
"
#
R
obtenue,exprimerladispersion angulaire
!
$d
d
Da.
Justifierlacessitéde choisirun entierpéle.
3.4.2.c)Onfait le choixde b=40 %metde p=64 ,tout enconservant
&
$
!
30 etnm578
.
Enduire lavaleur numérique correspondantepour lecalage e.
Lors d'une observation àtravers lalunette(de grossissement égalà10), déterminerl'écart angulaire
séparant ledoubletdu mercure )nm579etnm577(21
$
$
.Comparerausultatobtenu avec
un spectroscope àprisme(question B) etconclure.
PROBLÈMEII
MÉTROLOGIEPAR OPPOSITION
Lamesured'une grandeur physique peut sefairede manièredirecte en observant leseffetsqui
résultent de l'application de cettegrandeur.L'inconvénient majeur de ce procéprovient du fait
que lesloisqui régissent ceseffetsenfonction de leur causene sont pas toujoursdesplus simples.
Unmoyend'échapperàcettedifficulté consisteàrameneràson état initial un équilibremodifié
sousl'influencede lagrandeur àmesurer,encompensant seseffetspar une action antagonisteplus
facilement mesurable.Leretour àl'équilibrepeut serecherchermanuellement comme,par
exemple,enposant despoidsdansleplateau d'une balance,l'oeil servant de capteur de position
pour lefléau. Ilpeut aussiêtreasservipour plusde confort.Deux exemples simples sont étudiésci-
après,suivisde nombreusesquestionsindépendantes.
1) Méthoded'opposition pourlamesure d'unef.e.m.
1.1) Mesuredirecteau voltmètre
R
P
VVoltmètre
E
M
Gérateur '()
+
*
Figure 1
Unvoltmètre de sistanceinterne (estconnecté(figure1) aux bornesd'un générateur électrique
modélisableparune sourceialede tension continue Eensérie avecune sistanceR.Exprimer
latension Vmesuréeparlevoltmètre enfonction de Eetdu rapportR/(.
Aquelle condition est-il possibled'affirmerque levoltmètre mesure correctement laf.e.m.Edu
générateur ?Dans le casR=(=10 M+,exprimernumériquement lerapportV/E; lamesure
est-ellesatisfaisante ?
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CCP Physique 2 PC 2012 — Énoncé 9/12
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CCP Physique 2 PC 2012 — Énoncé 10/12
Exprimerlavaleur asymptotique U vers laquelletend laponseU(t).
Aquelle condition sur legainAle coefficient pourrait-il être consicommerigoureusement
égalàl'unité ?
R
E
Gérateur
+
_
A
r
S
M
!
VS
U
u
Figure 3
Toujoursdans le cas
"
#
!
#
"
#
M10R,50retsachant que 5
10.2A#avecms1
#
$
,
calculerla constantede temps $'puisl'écart relatifellement atteint :E
EU
%
#&'.
2) Réglage delavitessede rotation d'un moteur
2.1) Principe
Onsouhaiteglerlavitesse angulaire"d'un moteur qui tourne enentraînant un aimant
permanent devant un bobinage fixe,lequellivre une tension sinusdale:
( )
tcosXx"#
*
.
Enagissant sur latension d'alimentation du moteur, il devient possibled'assujettircettevitesse"
comparativement àlapulsation +d'un oscillateur livrant une tension :
( )
,-+#
*
tcosYy.
Pour ce faire,on peut composerune tension telleque :2
2
2
2
dt
xd
y
dt
yd
xv %# ,puisfaire évoluerla
vitesse"jusqu'àobtenirun signalvnul.Exprimervpuismontrerque,quellesque soient les
valeurs ctes
*
X
et
*
Y
destensions consies,on obtient bien v =0lorsque
+
#
"
.
Lesorations conduisant àlatermination de vàpartirdestensions xetypeuvent être
aliséesàl'aide de montagesélectroniquesou bienprogramméesaumoyende microprocesseurs.
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CCP Physique 2 PC 2012 — Énoncé 11/12
2.2) Exempled'un oscillateur sinusdal
A
+
R
C
A
+
C
R
C
R
zy
Figure 4
Lemontage consi(figure4) utilisedeux amplificateurs orationnels supposésiaux et
fonctionnant engimeliaire.
2.2.a) Enconsirant lepremieramplificateur, àgauche sur lafigure,terminerlarelation entre la
tension y et larietemporellede z.
2.2.b)Enconsirant lesecond amplificateur, àdroitesur lafigure,terminerlarelation entre la
tension z et larietemporellede y.
2.2.c)Enduire l'équation différentiellequi gity,exclusivement ;puisendonnerlasolution
générale etterminerlapulsation de l'oscillateur.
2.3) Exempled'un doublerivateuranalogique
Parexemple,on peut appliquerune tension x àl'entedu montage scmatisésur lafigure 5, en
consirant que lesamplificateurs orationnels sont iaux etfonctionnent engimeliaire.
Enpratique,ceshypotsesrestent limitéesàdesfréquencesinférieuresàquelqueskilohertz et la
stabilitédu montage exige l'ajout,ensérie avec chaque condensateur, d'une sistance
complémentaire de faiblevaleur, non dessieici.Onenfera abstraction.
u
A
+
R
C
xv
A
+
R
C
xx
Figure 5
Exprimerlatension uxenfonction de R,Cetdt
dx ,puisenduire latension vx.
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