Première partie : LE CAPTEUR DE COUPLE. Présentation

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1 Première partie : LE CAPTEU DE COUPLE Présentation Le capteur de couple est destiné à fournir en sortie un courant qui sera l'image du couple volant. La Figure 1 représente le principe de ce capteur. Barre de torsion Couple volant (CV) δ : désalignement angulaire Capteur de couple Inductance variable L : inductance de mesure Pont de Wheatstone um : tension sinusoïdale Amplificateur différentiel v1 : tension sinusoïdale Détection de valeur crête v3 : tension continue Conversion tension courant Is : courant continu Figure 1: principe du capteur de couple Le couple volant est transmis aux roues par une barre de torsion dont chaque extrémité est solidaire d'une bague dentée (voir Figure 2). Figure 2: barre de torsion avec les bobines permettant la mesure du couple En présence d'un couple, la barre de torsion se déforme proportionnellement au couple, ce qui produit un désalignement angulaire des bagues dentées qui a pour effet de provoquer une variation linéaire de l'inductance de mesure L. La variation d'inductance L sera donc l'image du couple volant. Le but de la première partie de ces travaux pratiques est l'étude des circuits électroniques qui permettront de convertir les variations de l'inductance de mesure en un signal électrique ( courant Is ) transmissible au calculateur. Le schéma Figure 3 représente l'ensemble de ce dispositif. Lycée de la Plaine de l'ain Page 1

2 e(t) L0 A um 0 B Ad A1 v1 A2 v2 D 1 C1 1 v3 L 0 ' I1 A3 I3 ' I2 v4 Is Figure 3: schéma d'ensemble Lycée de la Plaine de l'ain Page 2

3 TP1 Étude du pont de Wheatstone en mode "déséquilibré". 1. Présentation Le pont de Wheatstone à pour but de fournir un signal qui sera l'image des variations de l'inductance de mesure. Il doit être alimenté par une tension sinusoïdale de valeur efficace fixe. L0 0 GBF e(t) A um B L 0 Figure 4: pont de Wheatstone Les résistances 0 sont des résistances fixes de valeur 0 = 10kΩ. L 0 est une bobine d'inductance fixe, appelée inductance de référence: L 0 = 0,4H L est une bobine d'inductance variable ( 0,4H < L < 1,1H ) elle représente l'inductance de mesure. La tension e(t) est sinusoïdale, elle pourra être fournie pour l'étude par un GBF. On appellera L = L L 0 la variation d'inductance de L. On appellera x = L L 0 la variation relative d'inductance (on pourra exprimer x en %). 2. Étude expérimentale On appliquera une tension e(t) sinusoïdale de valeur efficace E=6V et de fréquence f=1khz. On appellera U m la valeur efficace de u m (t). E et U m seront mesurées au multimètre numérique. 2.1 elever expérimentalement la courbe U m E en fonction de x. (on pourra s'aider du Tableau I) Echelles : 1cm 10% et 2cm 0,1 pour U m E L (H) 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,7 0,8 0,9 1 L (H) x (%) E (V) U (V) U m E Tableau I 2.2 Tracer la tangente en x = Quel est approximativement le domaine de linéarité de ce pont à partir de x = 0? 2.4 Dans le domaine de linéarité défini précédemment, exprimer U m E en fonction de x. On appellera U^ m et E^ les valeurs crêtes de u m (t) et e(t). 2.5 En déduire U^ m en fonction de x et de E^. Lycée de la Plaine de l'ain Page 3

4 3. Étude théorique du pont La tension e(t) est sinusoïdale de valeur efficace E et de pulsation ω. On utilisera pour les calculs la notation complexe. On notera E le nombre complexe associé à e(t). 3.1 Exprimer en fonction de E, 0, L, L 0 et ω : V A le potentiel du point A. V B le potentiel du point B. 3.2 Démontrer à partir de la question précédente que la tension U m peut se mettre sous la forme suivante: U m = L L 0 L L 0. E Mettre l'expression précédente sous la forme suivante: U m = x 2x.E En déduire l'expression de U^ m la valeur crête de u m (t) en fonction de x et de E^. 3.5 Que devient cette expression si x est négligeable devant 2? 3.6 Comparer le résultat de la question précédente avec le résultat expérimental (question 2.5), conclusion: le résultat expérimental confirme-t-il la théorie? Justifier les éventuels écarts. 4. Conclusions 4.1 Quels sont les paramètres dont dépend U^ m? Dans la pratique on prendra E^ =10V et les variations de L seront telles que 0 < x < 10%. 4.2 Exprimer U^ m en fonction de x, puis remplir le tableau suivant: x(%) ^ U m (mv) Tableau II 4.3 Le signal u m (t) est-il référencé par rapport à la masse? En déduire dans le schéma Figure 3 le type de l'amplificateur A 1 ainsi que sa fonction. Calculer son amplification Ad pour avoir V^ 1 = 10V si x = 10%. Lycée de la Plaine de l'ain Page 4

5 TP2 Étude de la détection de valeur crête 1. Présentation Étude théorique du circuit CHÉMA DU CICUIT ÉTUDIÉ : D1 v2 C1 1 v3 v1 Figure 5: circuit détecteur de valeur crête Dans l'étude l'aop sera considéré comme parfait. es tension de saturation valent: ± Vsat = ± 14V. La diode D 1 sera considérée comme parfaite. Dans l'étude on supposera que l'on a toujours 0< v 3 < Vsat. On considérera dans un premier temps que la résistance 1 est déconnectée: D1 A2 v2 C1 v3 v1 PEMIE CA: DIODE D1 BLOQUÉE 1.1 Faire le schéma équivalent du montage Figure 6. Figure 6: circuit sans la résistance Comment va évoluer la tension v 3 si D 1 reste bloquée? 1.3 Quel est le régime de fonctionnement de l'aop dans ce cas? 1.4 Démontrer que, si v 1 devient supérieure à v 3, la diode D 1 entre en conduction. DEUXIÈME CA: DIODE D1 PAANTE. 1.5 Faire le schéma équivalent du montage Figure Quel est le régime de fonctionnement de l'aop dans ce cas? 1.7 Quelle relation simple peut on établir entre v 1 et v 3? 1.8 Démontrer que, si v 1 devient inférieure à v 3, la diode D 1 se bloque. YNTHÈE 1.9 ur le graphique proposé Figure 7 on a initialement v 1 (0) = 0. Tracer l'allure de v 3 (t) en indiquant dans chaque cas l'état de la diode D 1 (C: conductrice, B: bloquée). Lycée de la Plaine de l'ain Page 5

6 v1 (t) v3 (t) t État de D1 Figure 7: allure des courbes v 1 (t) et v 3 (t) v 3 (t) est elle toujours l'image de V^ 1? Quel inconvénient présente ce montage? 1.11 Déduire de la question 1.10 le rôle de la résistance 1 dans le schéma Figure Étude expérimentale en régime sinusoïdal 2 3 A2 Vcc 6 T1 D1 v1 v2 C1 1 v3 Figure 8: montage détecteur de crête (le transistor T 1 a pour fonction d'amplifier le courant de sortie de l'aop pour accélérer la charge de la capacité C 1 ) AOP: TL 081 (avec circuit de compensation d'offset). L'AOP sera alimenté entre Vcc = 15V (borne 4) et Vcc = 15V(borne 7). T 1 : transistor 2N2219, D 1 : diode 1N4007 ou 1N4148 C 1 = 10µ F 1 = 50kΩ (résistance variable). On prendra une tension v 1 (t) sinusoïdale de fréquence f=1khz et de valeur crête V^ 1 variable. On visualisera v 1 (t) et v 3 (t) à l'oscilloscope avec les mêmes calibres. 2.1 Pour V^ 1 =0,4V, visualiser v 1 (t) et v 3 (t) et ajuster l'offset de l'aop pour que les valeurs crête des deux tensions correspondent. 2.2 Pour V^ 1 = 1V relever v 1 (t) et v 3 (t). 2.3 Même travail pour V^ 1 = 4V. 2.4 Dans les deux cas précédents analyser les signaux et expliquer la fonction réalisée par le montage. 2.5 Exprimer v 3 (t) en fonction de V^ 1. INFLUENCE DE LA ÉITANCE Que se passe-t-il pour v 3 (t) si on diminue 1 jusqu'à 500Ω? 2.7 Lorsque 1 = 1MΩ visualiser v 3 (t) lorsque l'on fait décroître l'amplitude de v 1 (t) de 4 à 1V; commenter. Lycée de la Plaine de l'ain Page 6

7 3. Application du détecteur de crête : démodulation d'un signal modulé en amplitude La modulation d'amplitude est une technique qui consiste à faire varier l'amplitude (la valeur crête) d'un signal sinusoïdal (la porteuse) à partir d'un autre signal (le signal modulant). Elle est utilisée par exemple pour transmettre des signaux sonores par voie hertzienne (radiodiffusion petites ondes et grandes ondes). Dans ce cas le signal modulant est le signal sonore, et la porteuse est un signal sinusoïdal dont la fréquence est adaptée au canal de transmission (l'atmosphère terrestre). L'opération de démodulation d'amplitude consiste à extraire du signal modulé le signal modulant. GBF 1 GBF 2 up (t) um (t) 1 X1 V 8 2 X2 W 7 AD633 3 Y1 Z 6 4 Y2 V 5 10V 10V 10V 2 3 v1 A2 7 10V 6 Vcc 4 D1 Figure 9: démodulation d'un signal v 1 (t) modulé en amplitude par un circuit détecteur de crête. v2 T1 C1 1 v3 C 1 = 10µF 1 : résistance variable GBF 1 : signal u p (t) (porteuse). ignal sinusoïdal de fréquence f=10khz et de valeur crête 4V. GBF 2 : signal u m (t) (signal modulant). ignal sinusoïdal de fréquence f=500hz et de valeur crête 4V. Le circuit intégré AD633 est un circuit multiplieur, il est destiné à fabriquer le signal modulé en amplitude à partir des signaux u m (t) et u p (t). 3.1 Visualiser v 1 (t) sur la voie A de l'oscilloscope avec une base de temps 20µs/div. Que peut-on dire de l'amplitude de v 1 (t)? 3.2 Augmenter progressivement la base de temps jusqu'à 0,5ms/div (L'oscilloscope sera maintenant synchronisé en externe par le signal u m (t)). Comment varie au cours du temps l'amplitude du signal v 1 (t)? 3.3 Visualiser simultanément v 3 (t) sur la voie B. égler la résistance 1 pour que v 3 (t) soit l'image de l'amplitude de v 1 (t). 3.4 elever en concordance des temps: um(t), v 1 (t), v 3 (t) en position DC et v 3 (t) en position AC. 3.5 Comparer v 3 (t) en position AC avec um(t) puis conclure en expliquant la fonction réalisée par le montage détecteur crête dans ce cas. Lycée de la Plaine de l'ain Page 7

8 TP3 La conversion tension courant CHÉMA DU MONTAGE CONVETIEU TENION / COUANT ETUDIÉ : I3 ε ' s ' I1 I 2 v4 A Is 1. Étude théorique du montage Charge Figure 10: circuit convertisseur tension / courant. Dans l'étude suivante on considérera que l'aop est parfait et qu'il fonctionne en régime linéaire. La charge peut être constituée par un dipôle quelconque. 1.1 Etablir une relation simple entre I 1 et I Démontrer que I 3 = v 4 I En déduire que l'intensité I du courant dans la charge vaut: I = v Que peut-on dire du courant I si v 4 est maintenue constante? 1.5 Conclusion: expliquer la fonction réalisée par ce circuit. 2. Étude expérimentale L'AOP sera alimenté entre Vcc = 15V et Vcc = 15V. On prendra les valeurs de résistance suivantes: =10kΩ et '=1kΩ La tension v 4 sera fournie par un GBF en position continu en cascade avec un montage suiveur à AOP. On prendra comme charge une résistance variable C. On appellera U la tension aux bornes de la charge. B A Is Charge A V Us c B Figure 11: Circuit de charge pour l'étude expérimentale. 2.1 Pour v 4 = 10V, tracer sur papier millimétré la courbe I en fonction de U. Echelle : 1cm 1V et 1cm 0,1mA Il est conseillé de commencer avec les valeurs de C suivantes: Lycée de la Plaine de l'ain Page 8

9 0 ; 4kΩ ; 8kΩ ; 12kΩ ; 16kΩ ; 24kΩ ; 48kΩ ; ; 2.2 ur le même graphique que précédemment, tracer la courbe de I en fonction de U pour v 4 = 5V. Il est conseillé de commencer avec les valeurs de C suivantes: 0 ; 8kΩ ; 16kΩ ; 24kΩ ; 48kΩ ; ; 2.3 Dans les deux cas, déterminer en fonction de U la plage de fonctionnement de ce circuit en source de courant. Cette source de courant est-elle une source commandée (justifier la réponse)? 2.4 Comment peut-on expliquer la limitation en tension de cette source de courant? etrouver la tension de saturation de la source par le calcul. 2.5 Pour C = 8kΩ et C = 15kΩ tracer sur papier millimétré la courbe de I en fonction de v 4. Conclusions: la théorie (question 1.3) est-elle vérifiée? Quel précaution doit on prendre si l'on ne veut pas saturer la source de courant? ynthèse du capteur de couple Pour répondre aux questions suivantes, on se référera au schéma Figure 3 page 2. Pour les calculs on prendra: E^ = 10V et Ad = Quel est le rôle de l'aop A 2? 2. Quelle relation existe-t-il entre v 4 et v 3? 3. Exprimer I en fonction de x, E^, Ad et. 4. Calculer si on veut avoir I = 5mA pour x = 10% (couple volant nul). Lycée de la Plaine de l'ain Page 9

10 Deuxième partie : CICUIT DE COMMANDE DU MOTEU À COUANT CONTINU TP4 ÉTUDE D UN HACHEU «EN PONT». 1. Définition du rapport cyclique d un signal rectangulaire. On considère le signal rectangulaire représenté ci-dessous : s α.t α.t 0 T 2T t Figure 12: signal rectangulaire On appelle rapport cyclique d un tel signal la fraction de la période pendant laquelle le signal est à sa valeur la plus haute : α = α.t T. 1.1 Que vaut la période T d un signal de fréquence f = 1000 Hz? 1.2 Combien de temps durerait l état «haut» d un signal rectangulaire de fréquence f = 1000 Hz et de rapport cyclique α = 0,6? 2. Le transistor MOFET de puissance. 2.1 ymboles, brochage et conventions de notations. Il existe deux familles de transistors MOFET de puissance, dont les symboles sont représentés ci-dessous, accompagnés des conventions de notations usuelles : Transistor à canal N Brochage Transistor à canal P D D i D id G v D G vd v G G D vg 2.2 Particularités d un transistor MOFET. Un transistor MOFET est un transistor à effet de champ, dont les électrodes sont : la source () ; le drain (D) ; la grille (G). La grille est isolée du reste du transistor, et n est donc jamais parcourue par un courant. La diode entre drain et source existe en raison même de la structure interne du transistor. Lycée de la Plaine de l'ain Page 10

11 2.3 Caractéristique de transfert v D = f(v G ) Transistor à canal N. éaliser le montage suivant : vers l entrée X de l oscilloscope vers l entrée Y de l oscilloscope G D = 100 Ω D vd vdd=12v G.B.F. vg Figure 13: étude d'un MOFET à canal N. Transistor : IF 530 ou équivalent. Ne pas oublier que la diode fait partie intégrante du transistor! églages G.B.F. : triangle entre 10V et -10V, à 50Hz. À l aide de l oscilloscope en mode X-Y, relever l allure de la caractéristique de transfert v ds = f(v gs ) du transistor. CONCLUION : Un transistor MOFET à canal N est (i D = 0) si v G =. La diode qui existe entre le drain et la source impose que la tension v D soit. Le transistor est alors rendu conducteur (v D = 0) dès que v G est suffisamment (environ V) Transistor à canal P. éaliser le montage suivant : vers l entrée Y de l oscilloscope D = 100 Ω vers l entrée X de l oscilloscope G D vd ATTENTION! vdd= -12V G.B.F. vg Figure 14: étude d'un MOFET à canal P. Transistor : IF 9532 ou équivalent. Ne pas oublier que la diode fait partie intégrante du transistor! églages G.B.F. : les mêmes que précédemment. elever, à l aide de l oscilloscope en mode X-Y, l allure de la caractéristique de transfert v D = f(v G ) du transistor. CONCLUION : Un transistor MOFET à canal P est (i D = 0) si v G =. La diode qui existe entre le drain et la source impose que la tension v D soit. Le transistor est alors rendu conducteur (v D = 0) dès que v G est suffisamment (environ V) ynthèse Lycée de la Plaine de l'ain Page 11

12 chématiquement, on peut donc dire qu un transistor MOFET se comporte comme un commandé par la tension v G entre sa grille et sa source. chéma équivalent entre drain et ource d un transistor MOFET bloqué : chéma équivalent entre drain et ource d un transistor MOFET conducteur : 3. Principe du hacheur «série». A Commande périodique C ource E Hacheur u CH Charge B H Figure 15: principe du hacheur série. Un hacheur «série» est un simple interrupteur commandé périodiquement, qui «hache» la tension continue d alimentation fournie par la source. u CH est alors une tension rectangulaire, qui vaut E lorsque l interrupteur est fermé, et qui vaut zéro en cas contraire. Montrer que, si α désigne le rapport cyclique de u CH, la valeur moyenne de u CH vaut <u CH > = α.e. 4. Fonctionnement du hacheur en pont. 4.1 chéma de principe du dispositif. T 1 T 2 CHAGE v DD v CH vc1 T3 T4 v C2 Figure 16: schéma d'un hacheur en pont La tension d alimentation V DD est une tension continue de valeur fixe. v C1 et v C2 sont les tensions de commande, elles valent 0 ou 15V. 4.2 Étude du fonctionnement. Lycée de la Plaine de l'ain Page 12

13 Identifier sur le schéma les transistors à canal N et ceux à canal P, et placer les flèches «tension» v G1 à v G4 associées aux transistors T 1 à T 4. Lors des variations de v C1 et de v C2, trois situations peuvent se présenter : a) v C1 = v C2 = 0V ; b) v C1 = 0V et v C2 = 15V ; c) v C1 = 15V et v C2 = 0V. Dans chacun des cas, déterminer les valeurs des tensions v G1 à v GC2. Dans chacun des cas précédents, dessiner le schéma équivalent idéalisé du hacheur en pont, en remplaçant les transistors par des interrupteurs ouverts ou fermés, selon les valeurs de v C1 et v C2. Dans chacun des cas précédents, appliquer la loi des mailles pour déterminer la tension v CH aux bornes de la charge, en fonction de la tension d alimentation du pont V DD. 4.3 ynthèse. Compléter le graphique suivant, en exploitant les résultats déjà obtenus, avec pour hypothèse complémentaire : La tension d alimentation du pont vaut V DD = 12V. vc1(t) vc1(t) 15V 0 0 t vc2(t) 15V vc2(t) t état des transistors B: bloqué P: passant T1 T2 T3 T4 0 0 t T1 T2 T3 T4 t v CH(t) 12V v CH(t) 12V t 12V 12V Figure 17: allures de u CH (t) pour différents types de commande t OLE DU HACHEU EN PONT. Que peut-on dire du signe de la tension v CH aux bornes de la charge lorsque v C1 = 0V, puis lorsque v C2 = 0V? Que peut-on dire de la valeur moyenne <v CH > de la tension v CH lorsque le rapport cyclique de la tension de commande v C1 ou v C2 varie? Quel est l'intérêt d'utiliser un hacheur en pont pour alimenter un moteur à courant continu? Lycée de la Plaine de l'ain Page 13

14 5. Étude expérimentale du hacheur en pont. 5.1 Montage. T 1 T 2 v L v CH v 4700µF vdd 12V L ich vc1 = 0 v T3 v T4 v C2 T3 T4 Figure 18: montage expérimental pour l'étude du hacheur en pont. T 1 = T 2 = IF 9532 ou équivalent; T 3 = T 4 = IF 530 ou équivalent; = 22Ω /10W ou rhéostat réglé à 22Ω (on attend i CH 0,4A maximum) ; L 0,5H v C2 = tension rectangulaire entre 0 et 12V, à f 200Hz, rapport cyclique réglable. 5.2 Étude des tensions Formes d onde. égler le rapport cyclique de v C2 à α = 0,6. v T3 est-elle une tension variable? Mesurer v T3 au voltmètre. À l aide de l oscilloscope, relever simultanément les tensions v T4 et v CH Fonction <v CH > = f(α ). Compléter le tableau de mesures suivant : α 0,2 0,4 0,6 0,8 < v CH > (V) Tableau III Tracer la courbe représentant < v CH > = f(α ), en n hésitant pas à l extrapoler jusqu à α = 0 et jusqu à α = 1. Quelle est son allure? Par quel point particulier passe la courbe? En déduire une relation simple entre < v CH > et α. 5.3 igne de v CH. elier la grille de T 4 à la masse (v C2 = 0), et appliquer sur la grille de T 3 la tension rectangulaire précédemment appliquée à T 4, avec un rapport cyclique quelconque, non nul. Comment se trouve modifiée v CH par rapport au cas précédent? 5.4 Étude des courants Courant dans la charge. établir les tensions de commande v C1 et v C2 d origine. Lycée de la Plaine de l'ain Page 14

15 Une des tensions repérées sur le schéma est l image de l intensité i CH du courant dans l ensemble série -L qui constitue la charge. LAQUELLE? elever l oscillogramme de l intensité i CH en concordance de temps avec la tension v CH. Il y a des moments où v CH = 0 alors que i CH 0. Pourquoi l intensité du courant ne s annule-t-elle pas? Courants dans les transistors. Préciser, à l aide de schémas partiels idéalisés, le chemin emprunté par le courant i CH lorsque la tension v CH est positive, puis lorsqu elle est nulle. Quelle est alors l utilité des diodes intégrées aux transistors? Lycée de la Plaine de l'ain Page 15

16 TP5 Génération d'un signal par circuit intégré Étude de l architecture interne du circuit intégré 555. L architecture interne du circuit intégré NE/E 555 est représentée Figure Vcc 4 AZ kΩ A 5kΩ B 5kΩ > A1 s1 > A2 s2 reset Q 1 100Ω T Q 3 ortie 7 1 Masse Figure 19: architecture interne du NE/E 555 A 1 et A 2 sont des comparateurs alimentés entre la masse et la tension Vcc. 1.1 Tensions de seuil des comparateurs A 1 et A 2. oient V A et V B les potentiels des points A et B La borne (5) n est pas reliée, exprimer V A et V B en fonction de Vcc La borne (5) est reliée à une source de tension E. Exprimer V A et V B en fonction de E. 1.2 Étude de la bascule. On supposera dans cette étude que la remise à 0 (borne 4) n est pas activée (borne (4) reliée au V CC ). oit v 2 et v 6 les potentiels des bornes (2) et (6). La borne (5) n est pas reliée Justifier le fait que si v 6 < 2 3 V CC et v 2 > 1 3 V CC la bascule ne change pas d état Quelle est la condition sur v 6 qui permettra à la bascule de passer à l état bas (Q="0")? Quelle est la condition sur v 2 qui permettra à la bascule de passer à l état haut (Q="1")? Conclusion: quelles sont les tensions de seuil haute et basse du 555? Comment peut-on les modifier? 1.3 Étude du transistor T. Le transistor T fonctionne en commutation Lorsque la bascule est à l'état haut (Q ="0") puis à l'état bas (Q = "1") donner l état du transistor T. Lycée de la Plaine de l'ain Page 16

17 2. Étude expérimentale. CHEMA DU GENEATEU DE IGNAL ETUDIE : Vcc A B uc C2 C vs 10 C3 vs' Figure 20: générateur de signal LM 555 Alimentation: Vcc=5V A = 1kΩ B = 30kΩ 10 = 100KΩ C 1 = 47nF (Facultatif) C 2 = 10nF C 3 = 1nF Figure 21: brochage du circuit intégré NE/E elever en concordance des temps les oscillogrammes de vs(t), uc(t) et vs'(t). emarques: On synchronisera l oscilloscope sur les fronts montants de vs(t). On utilisera le calibre 1V/div avec le 0 positionné au bas de l'écran. On utilisera une sonde d'oscilloscope en position 10 pour visualiser vs'(t). 2.2 Quelle est la fonction remplie par le circuit 555? 2.3 Justifier le terme de signal "pseudo triangulaire" pour le signal vs'(t). Quelle est la fonction remplie par le circuit 10 C 3? 2.4 Pourquoi doit-on utiliser une sonde d'oscilloscope en position 10 pour visualiser vs'(t)? (comparer 10 avec l'impédance d'entrée de l'oscilloscope). 2.5 Mesurer la durée t H de l état haut et la durée t B de l état bas de la tension vs. 2.6 En déduire les valeurs numériques de la période T, la fréquence f et le rapport cyclique α de vs. 2.7 Mesurer Vb et Vh les valeurs de la tension uc qui permettent le basculement à l état haut et à l état bas de la sortie vs. 3. Analyse du montage Étude théorique. Pour faire cette étude théorique on s'aidera de la structure interne du composant et des signaux relevés expérimentalement. 3.1 Tensions de seuil Que valent (en fonction de Vcc) les valeurs théoriques de uc qui provoquent un basculement de la tension de sortie? Comparer avec les valeurs expérimentales, conclusion? Lycée de la Plaine de l'ain Page 17

18 3.2 Étude de l état haut Donner l état du transistor T eprésenter le circuit de charge de C 2 ; en déduire l'expression littérale de sa constante de temps τ c Comment va évoluer la tension uc (forme, expressions littérales des valeurs initiale et finale 1 )? Qu'est ce qui va provoquer le basculement de la sortie à l'état bas? Démontrer 2 que la durée de l état haut s exprime t H = 0,7. ( A B ). C Calculer t H ; comparer avec le résultat expérimental puis conclure. 3.3 Étude de l état bas Donner l état du transistor T eprésenter le circuit de décharge de C 2 ; en déduire l'expression littérale de sa constante de temps τ d Comment va évoluer la tension uc (forme, expressions littérales des valeurs initiale et finale)? Qu'est ce qui va provoquer le basculement de la sortie à l'état haut? Démontrer que la durée de l état bas s exprime t B = 0,7. B. C Calculer t B ; comparer avec le résultat expérimental puis conclure. 3.4 ynthèse Exprimer en fonction de A, B et C 3 : la période T de vs le rapport cyclique α de vs Calculer T et α ; comparer avec les valeurs expérimentales puis conclure. 1 On appelle valeur finale la valeur qui devrait être atteinte au bout d'un temps infini si aucun basculement ne se produit. 2 On rappelle que, si une tension évolue exponentiellement, avec une constante de temps τ, depuis une valeur initiale Vi vers une valeur finale V, elle atteindra une tension de seuil Vs au bout d'un temps t qui peut s'exprimer : t = τ. Ln ( V Vi V Vs ) Lycée de la Plaine de l'ain Page 18

19 TP6 Circuit de commande du hacheur en pont. CHÉMA DU CICUIT DE COMMANDE DU HACHEU : v3 A1 v4 A2 v6 10 ' A3 v5 GBF vs C3 vs' Figure 22: circuit de commande du hacheur en pont. 1. Étude du circuit = 10kΩ 10 = 10kΩ C 3 : condensateur ajustable (1...20nF) vs: signal carré de rapport cyclique 0,5, variant entre 0 et 5V et de fréquence f=2khz. 1.1 Ajuster la capacité C 3 (ou la résistance 10 ) pour avoir vs'max 4,5V et vs'min 0,5V. 1.2 Pour v 3 = 3V relever les oscillogrammes de vs'(t), v 5 (t) et v 6 (t). (synchroniser dans les deux cas l'oscilloscope sur vs'(t) ) 1.3 Faire la même chose pour v 3 = 2V. 1.4 Expliquer sur une période les formes d'onde de v 5 (t) et v 6 (t). On appellera α 5 et α 6 les rapports cycliques de v 5 (t) et v 6 (t). 1.5 Pour v 3 variant de 5 à 5V tracer sur un même graphique les courbes représentant α 5 et α 6 en fonction de v 3 (on pourra s'aider du Tableau IV). Lycée de la Plaine de l'ain Page 19

20 v 3 (V) α 6 (%) α 5 (%) α 5 α 6 <u AB > v 3 < v 3 >... 0 v 3 < v 3 > Tableau IV 2. ynthèse: loi de commande du hacheur en pont Vdd u AB 10kΩ T 1 A M B T 3 10k Ω v5 va vb v6 D1 vc1 vc2 D2 T2 T4 Figure 23: commande du hacheur. Les diodes D 1 et D 2 sont considérées comme parfaites. Les transistors T 1 à T 4 peuvent être assimilés à des interrupteurs parfaits (voir TP hacheur en pont). 2.1 Dans le cas où α 5 = 25% représenter l'allure des tensions v 5 (t), v C1 (t) et v A (t). 2.2 Démontrer que <v A >, valeur de moyenne de v A (t) s'exprime par : <v A > = (1 α 5 ) Vdd 2.3 De même, exprimer <v B > en fonction de Vdd et α En déduire <u AB > en fonction de E, α 5 et α 6. Vdd=12V 2.5 Compléter le Tableau IV et tracer la courbe donnant la "loi de commande" du hacheur : < u AB > en fonction de v 3. Lycée de la Plaine de l'ain Page 20