REALISATION D UN THERMOSTAT - CORRECTION

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1 REALISATION D UN THERMOSTAT - CORRECTION Vous avez utilisé, au cours de cette séance, un circuit intégré appelé «amplificateur opérationnel» (ou AO ou Ampli Op). Il ne vous est en aucun cas demandé de comprendre ce qui se passe à l intérieur de ce composant électronique, mais uniquement de comprendre comment l utiliser. I- Principe du montage comparateur La difficulté consiste à réaliser concrètement le montage représenté par le schéma suivant : Attention : les flèches ne représentent pas des fils mais des tensions. Ainsi la flèche U S représente-t-elle la tension entre les deux points qui sont aux deux extrêmités de la flèche.

2 D après l énoncé, la tension U e- est fournie par un générateur réglable. Or d après le schéma ci-dessus U e- est la tension entre la borne de l AO et la terre. Il faut donc relier les bornes + et du générateur réglable respectivement à la borne de l AO et à la terre. (AO : Amplificateur Opérationnel) La borne «terre» est accessible à partir d un générateur. Il se peut qu elle soit indiquée sur le générateur par l indication «0V». D après l énoncé, la tension U e+ doit être, dans cette expérience, de 15V. Il suffit donc de relier la borne + de l AO à la borne +15V du second générateur. Il s agit uniquement, dans cette partie, de vérifier que ce montage se comporte bien comme prévu. C est à dire que, dans le cas où U e+ est supérieure à U e- la tension U S est de 15V, et que, dans le cas contraire, elle est de 15V. Il faut donc mesurer la tension U S, c est à dire, selon le schéma, la tension entre la borne S de l AO et la terre. Il faut donc brancher un voltmètre entre la borne S du générateur et la terre. U e+ reste tout le temps égale à 15V. Par contre on peut faire varier U e-. Quand U e- est inférieure à U e+ on constate bien que U S est égale à 15V, et quand U e- devient supérieure, U S bascule à 15V. Ce montage nous permet donc de comparer automatiquement deux tensions.

3 II- Commutation par diviseur de tension On réalise le montage suivant : Montage : - On doit appliquer une tension de 7,5V entre la borne de l A.O. et la terre. On relie donc les bornes + et d un générateur réglable respectivement à la borne de l A.O. et à la terre. La tension délivrée par ce générateur est réglée à 7,5V - La borne du «haut» du résistor R 2 est reliée à la borne +15V du générateur +15/-15. La borne du «bas» du résistor R 1 est reliée à la terre - On souhaite mesurer U S, puisque c est la valeur de cette tension qui nous renseigne sur le résultat de la comparaison. On relie donc un voltmètre, borne V à la sortie S de l AO, et borne COM à la terre Principe : On rappelle qu il s agit d un montage comparateur.

4 Ce montage compare les tensions U e+ et U e-. Si U e+ > U e- alors U S =15V ; dans le cas contraire U S =-15V On remarque que l association des deux résistors constitue un pont diviseur de tension et : U e + = R 1 R 1 + R 2.15 On en déduit que : - si R 1 >R 2 alors U e+ >7,5V - si R 1 <R 2 alors U e+ <7,5V Et donc finalement : - si R1>R2 alors US=15V - si R1<R2 alors US=-15V Ce montage qui, à l origine, permet de comparer des tensions, a donc été amélioré de façon à pouvoir comparer des résistances III- Application : réalisation d un thermostat On veut réaliser un thermostat, permettant de déclencher un système de chauffage quand la température passe en dessous de 30 C (et de l arrêter quand la température repasse au dessus de ce seuil). Nous allons donc utiliser un montage comparateur dont on doit déclencher la commutation quand le température franchit, dans un sens ou dans l autre, le seuil de 20 C.

5 Nous avons vu auparavant comment réaliser une comparaison de résistance. Or nous connaissons la CTN, dipôle dont la résistance varie en fonction de la température. Le graphe fourni avec l énoncé nous indique que la résistance de la CTN est de 800 ohm quand la tempértature est de 30 C. Remplaçons, dans le montage précédent, le résistor R 1 par la CTN et le résistor R 2 par un résistor de résistance 800 ohm. Si nous adaptons les résultats précédemment établis à la nouvelle configuration, il apparaît que : - si la température est supérieure à 20 C, alors la CTN a une résistance inférieure à 1300 ohm, et donc U e+ < U e- et donc U s =-15V - si la température est inférieure à 20 C, alors la CTN a une résistance supérieure à 1300 ohm, et donc U e+ >U e- et donc U s =15V Il nous faut donc maintenant nous arranger pour qu une tension U s positive puisse faire fonctionner un appareil de chauffage (représenté ici par une résistance de 10kΩ), et qu une tension négative ne permette pas ce fonctionnement. Il suffit pour cela d utiliser une DEL, diode électro-luminescente. Comme toutes les diodes, ce dipôle permet au courant de ne circuler que dans un sens. Or c est bien là notre objectif, puisque le courant à la sortie de l A.O. ne circulera pas dans le même sens suivant que U s est positive ou négative.

6 U s (Le symbole triangulaire représente l A.O.) Quand la température est inférieure à 20 C, la tension est positive et la diode permet donc le passage du courant. Celui-ci provoque l allumage de la DEL, et surtout l échauffement de la résistance : le chauffage fonctionne. Si la température est supérieure à 20 C, la tension U s est négative et la diode ne permet pas alors le passage du courant. Le chauffage ne fonctionne donc pas. Ainsi donc, on a transformé dans un premier temps un comparateur de tensions en comparateur de résistances. Puis dans un deuxième temps, le comparateur de résistances en un comparateur de températures, c est à dire un thermostat