POTENTIOMETRE ET CAPTEUR DE POSITION

Seconde – MPI – TP n°9 VACCA Sébastien – Lycée Joliot Curie
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POTENTIOMETRE ET CAPTEUR DE POSITION
Objectifs :
 Etudier un montage potentiométrique et connaitre ses propriétés.
 Utiliser un circuit intégré linéaire en montage suiveur.
 Savoir qu’un montage potentiométrique peut être utilisé comme capteur de position.
I ETUDE PRELIMINAIRE : LE DIVISEUR DE TENSION
1) Montage
 Réaliser le montage ci-contre.
 Le générateur délivre une tension continue
V
6
U
g
= .
 Choisir deux conducteurs ohmiques de résistances Ω=
k
1
R
1
et Ω=
k
1
R
2
.
 Mesurer
g
U
et
S
U
.
 Recommencer ces mesures en prenant pour
2
R
les valeurs 100
Ω
, 200
Ω
,
400
Ω
et 600
Ω
.
 Recopier et compléter le tableau suivant :
2
R
(
Ω
) 100 200 400 600 1000
g
U
(V)
S
U
(V)
21
2
RR
R
+
G
S
U
U
 En déduire l’expression de
S
U
en fonction de
1
R
,
2
R
et
g
U
.
 A partir de la loi d’ohm, démontrer cette relation.
 Justifier le nom de « diviseur de tension » donné à ce montage.
2) Application
 Réaliser le montage ci-contre avec R = 1,0 k
Ω
.
 Mesurer les tensions
AM
U
,
BA
U
et
CB
U
avec un voltmètre.
1. Que peut-on dire des tensions
AM
U
,
BA
U
et
CB
U
?
2. Ce montage constitue une « échelle de tension ». Pourquoi ?
3. Quel est le pas, noté p, de l'échelle de tension ?
4. Soit n le nombre de conducteurs ohmiques de l'échelle de tension,
quelle relation a-t-on entre p,
E
U
et n ?
5. Exprimer les tensions
AM
U
,
BM
U
et
CM
U
en fonction de p.
6. Quelle condition les conducteurs ohmiques doivent vérifier afin
que le pas de l’échelle soit régulier ?
7. En considérant la relation vue en I.1) sur le diviseur de tension, montrer que l'on aurait pu prévoir les valeurs des
tensions
AM
U
,
BM
U
et
CM
U
en fonction de
E
U
, sans les mesurer au voltmètre.
g
U
S
U
1
R
2
R
E
U
A
M
B
C
AM
U
BA
U
CB
U
BM
U
CM
U

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II OBTENIR UNE TENSION REGLABLE : LE POTENTIOMETRE
1) Le potentiomètre
Un potentiomètre est constitué d’un conducteur ohmique de résistance
AB
R
, sur lequel se déplace un
curseur C. C’est un composant à trois bornes A, B et C, C étant relié au curseur.
On note :
AB
R
la résistance entre les points A et B.
AC
R
la résistance entre les points A et C.
CB
R
la résistance entre les points C et B.
Différents potentiomètres du commerce :
 Repérer les trois bornes du potentiomètre mis à disposition.
 Pour une position 1 quelconque du curseur, mesurer à l’ohmmètre les résistances
AB
R
,
AC
R
et
CB
R
.
 Recommencer les mesures pour une autre position du curseur (position 2) et compléter le tableau suivant :
Position du
curseur
AB
R
AC
R
CB
R
1
2
 Quelle relation existe-t-il entre
AB
R
,
AC
R
et
CB
R
?
 Quelles résistances varient lorsque la position du curseur varie ?
2) Le montage potentiométrique
 Réaliser le montage potentiométrique ci-contre (montage à vide).
 Régler la position du curseur C pour obtenir
S
U
= 4 V (Utiliser un voltmètre branché aux bornes B et C).
 Ce montage est appelé « montage à vide » car aucun composant n’est branché aux bornes B et C.
C
B
A
Potentiomètre à curseur de
translation
Potentiomètre à curseur
rotatif
C
B
A
S
U
g
U

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 Ajouter à ce montage, sans dérégler le potentiomètre, un conducteur ohmique de résistance
C
R
= 10 Ω
k
comme
indiqué sur le schéma ci-dessous (il s’agit maintenant d’un montage en charge car un conducteur ohmique est branché
aux bornes B et C).
 La tension de sortie
S
U
est-elle la même que précédemment ?
 Prendre pour
C
R
les valeurs indiquées ci-dessous et compléter le tableau.
C
R
( Ω
k
) 10 2,2 1 0,5
Us (V)
 Quel est l’inconvénient de ce montage ?
3) Utilisation d’un circuit intégré linéaire (CIL) en montage suiveur
Un circuit intégré linéaire (CIL) est un composant qui dispose de huit bornes. Parmi celle-ci, on distingue les bornes
d’alimentation
+
V et
−
V (+15 V et – 15 V), deux bornes d’entrée
+
E et
−
E et une borne de sortie S.
Le CIL peut être utilisé pour réaliser un « montage suiveur » dont voici le schéma :
C
B
A
S
U
g
U
C
R
−
E
+
E
−
V
+
V
S
+
I
−
I
C
B
A
S
U
g
U
−
E
+
E
−
V
+
V
S
S
'
U
C
R
Montage
potentiométrique
Montage suiveur

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 Prendre pour
C
R
les valeurs indiquées ci-dessous et compléter le tableau.
C
R
( Ω
k
) 10 2,2 1 0,5
U’s (V)
 Comparer
S
'
U
à
S
U
.
 Justifier le nom de « montage suiveur ».
III UN CAPTEUR DE POSITION : LA MANETTE DE JEU (JOYSTICK)
Une manette de jeu comporte deux potentiomètres rotatifs qu’on note H et V. Ces deux potentiomètres sont
identiques et disposés de manière à ce que leurs axes de rotation soient perpendiculaires. La manette est solidaire
des curseurs des potentiomètres.
Ainsi, lorsque la manette est :
 déplacée horizontalement, le curseur du potentiomètre H se déplace aussi.
 déplacée verticalement, le curseur du potentiomètre V se déplace aussi.
Une tension U est imposée aux bornes des deux potentiomètres.
Ainsi :
 lors du déplacement horizontal de la manette, le potentiomètre H fournit une tension
H
U
qui dépend
de la position du curseur.
 lors du déplacement vertical de la manette, le potentiomètre V fournit une tension
V
U
qui dépend de
la position du curseur.
En mesurant en permanence les tensions
H
U
et
V
U
, on peut en déduire le mouvement de la manette.