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1 - - - T.P. N 5 : Interface à transistor DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES MOYEN DURÉE Fin du T.P. {3,5 heures} Page 1 sur 9

2 Tableau de comité de lecture Date de lecture Lecteurs Observation Remarques rédacteur Date modifications 21 octobre 2000 CROCHET David Première Version + Améliorations mineures 21 octobre 200 Quote of my life : Fournir ma contribution aux autres est ma philosophie. Et la vôtre? Si vous avez lu ce T.P. et que vous avez des remarques à faire, n'hésiter pas et écrivez-moi à l'adresse suivante : Ce dossier contient : crochet_david@hotmail.com Un dossier élève (pages 4 à -) Un dossier prof (pages - à - ) Un dossier ressource (page - à -) Un transparent (page - ) L'objet du message doit contenir le mot CARIM Adresse Professionnel : CROCHET David Professeur de Génie électrique Lycée Technique HIRSON (Adresse valable jusqu'au 30 juin 2001) Page 2 sur 9

3 T.P. N 5 Interface à transistor Niveau : T STI GET Lieu : Atelier d'électrotechnique Durée : 3,5 heures B 2 Organisation : groupe ½ classe, travail binôme LIAISON AU RÉFÉRENTIEL PRÉ-REQUIS Les élèves doivent être capables : - OBJECTIFS Les élèves devront être capables de : - Définir l'actigramme correspondant à l'interface - Représenter l'interface à partir du schéma structurel - Déterminer les caractéristiques de sortie d'une porte NAND - Déterminer les caractéristiques d'une diode électroluminescente et d'un relais - Interpréter l'association de la porte logique avec la L.E.D. puis le relais - Justifier l'emploi d'un transistor - Calculer les éléments des circuits de base et du collecteur du transistor - Établir le schéma de l'interface et valider le fonctionnement par des relevés - Représenter la tension aux bornes de l'interrupteur avec ou sans diode de roue libre aux bornes du relais - Justifier l'emploi de la diode de roue libre - Adapter un signal électrique de faible puissance pour commander un circuit puissance supérieure - Apprendre à (savoir intégré) - Apprendre à (savoir actif) NIVEAU D'APPRENTISSAGE - Active formative MÉTHODE Page 3 sur 9

4 S.T.I. - G.E.T. B 2 - ÉLECTROTECHNIQUE INSTALLATION INDUSTRIELLE DOSSIER PÉDAGOGIQUE TP N 2 Interface à transistor Objectif : - Définir l'actigramme correspondant à l'interface - Représenter l'interface à partir du schéma structurel - Déterminer les caractéristiques de sortie d'une porte NAND - Déterminer les caractéristiques d'une diode électroluminescente et d'un relais - Interpréter l'association de la porte logique avec la L.E.D. puis le relais - Justifier l'emploi d'un transistor - Calculer les éléments des circuits de base et du collecteur du transistor - Établir le schéma de l'interface et valider le fonctionnement par des relevés - Représenter la tension aux bornes de l'interrupteur avec ou sans diode de roue libre aux bornes du relais - Justifier l'emploi de la diode de roue libre - Adapter un signal électrique de faible puissance pour commander un circuit électrique de puissance supérieure. Matériel : - 1 interface à transistor - 1 L.E.D. - 1 relais miniature - 1 oscilloscope Documents : - Documents réponses - Dossier ressources - Cours Secteur : Atelier d'électrotechnique Nom, Prénom : Classe, Groupe : Durée : 3,5 heures Page 4 sur 9

5 Interface à transistor 1. Introduction 1.1. Définir le support d'activité et les matières d'œuvre d'entrée et de sortie de l'actigramme A Définir le support d'activité et la matière d'œuvre de sortie du module A A partir du schéma structurel, représenter l'interface de sortie. 2. Visualisation d'un état par une L.E.D. On se propose de visualiser l'état de la sortie d'une porte NAND (circuit intégré CMOS 4011) à l'aide d'une diode électroluminescente Sachant que la tension d'alimentation du circuit intégré est de 15 V, déterminer, en utilisant la documentation technique, V OH et I OH Déterminer, en utilisant la documentation technique, pour la diode électroluminescente verte, l'intensité Id du courant qui doit la parcourir pour quelle éclaire normalement. Déterminez également la différence de potentiel qui apparaît à ces bornes La portes NAND peut-elle commander directement la L.E.D.? Pourquoi? 2.4. On se propose maintenant de commander cette L.E.D. par l'intermédiaire d'une interface à transistor. Proposer un schéma de montage Le transistor utilisé est le 2N2222. Déterminer, à l'aide de la documentation technique, V CEsat et le gain mini β de ce transistor Calculez les valeurs théoriques à donner à la résistance insérée dans la base du transistor (R b ) ainsi que celle insérée dans son collecteur (R c ). Calculer la puissance que doivent dissiper ces deux résistances Choisissez des valeurs normalisées en résistances et en puissance pour R b et R c Faites vérifier vos calculs par votre professeur, puis, après accord, effectuez le montage. Nota : La porte NAND ne figure pas sur votre maquette d'essai. Les états 0 et 1 pris par la sortie de cette porte seront réalisés en connectant l'entrée de l'interface soit au 0 V soit au + 15 V Faites valider le fonctionnement du montage par votre professeur Page 5 sur 9

6 2.10. Mesurer les différences de potentiel aux bornes de R b, R c, V CE et aux bornes de la L.E.D. 3. Étude d'une interface à relais 3.1. Réalisation d'un clignotant On se propose de réaliser un clignotant à partir d'un G.B.F., en utilisant la sortie TTL (5 V) Réglez à l'aide de l'oscilloscope la période du signal de la sortie du G.B.F. à une seconde. Faire vérifier votre réglage par votre professeur. On propose le schéma de branchement suivant : + 12 V KA1 D KA1 Sortie T.T.L. 5 V G.B.F R 1 R b 2N2222 D'après la documentation technique mise à votre disposition : Relevez les caractéristiques de la bobine du relais (tension et résistance) de référence "FBR " à 1 RT En déduire la valeur du courant de la bobine L.E.D. rouge Déterminez la valeur de la résistance R b ainsi que sa puissance dissipée Choisir une valeur normalisée de résistance et de puissance Déterminer la valeur de la résistance R 1 ainsi que sa puissance dissipée Choisir une valeur normalisée de résistance et de puissance Faites vérifier vos calculs par votre professeur puis réalisez votre montage Faites valider le fonctionnement par votre professeur Proposer un montage permettant de visualiser le temps de commutation entre la sortie du G.B.F. et la L.E.D. rouge Après accord de votre professeur, effecteur la mesure. Conclure. Page 6 sur 9

7 3.2. Rôle de la diode de roue libre On se propose d'étudier l'intérêt de placer une diode en parallèle avec la bobine du relais. Cette étude pouvant provoquer la destruction du transistor, on remplacera celui-ci par un interrupteur. On propose le montage suivant : + 12 V KA1 D Proposer un schéma de montage permettant de relever, à l'oscilloscope à mémoire, l'allure de la tension aux bornes de l'interrupteur lorsque l'on commande la fermeture puis l'ouverture du relais Après vérification du schéma par votre professeur, effecteur le montage puis la mise sous tension de celui-ci Relevez à l'oscilloscope les variations de tension aux bornes de l'interrupteur Que constatez-vous? Quelle valeur maximale atteint la tension? En déduire les conséquences pour le transistor On place en parallèle sur la bobine du relais une diode dite diode de roue libre. Proposez une modification du montage puis, après accord de votre professeur, relevez de nouveau l'allure de la tension aux bores de l'interrupteur Que constatez-vous? Quelle valeur maximale atteint la tension? Conclure par rapport aux deux relevés, sur le rôle de la diode de roue libre Page 7 sur 9

8 S.T.I. - G.E.T. B 2 - ÉLECTROTECHNIQUE INSTALLATION INDUSTRIELLE DOSSIER RESSOURCE TP N 2 Interface à transistor Objectif : - Définir l'actigramme correspondant à l'interface - Représenter l'interface à partir du schéma structurel - Déterminer les caractéristiques de sortie d'une porte NAND - Déterminer les caractéristiques d'une diode électroluminescente et d'un relais - Interpréter l'association de la porte logique avec la L.E.D. puis le relais - Justifier l'emploi d'un transistor - Calculer les éléments des circuits de base et du collecteur du transistor - Établir le schéma de l'interface et valider le fonctionnement par des relevés - Représenter la tension aux bornes de l'interrupteur avec ou sans diode de roue libre aux bornes du relais - Justifier l'emploi de la diode de roue libre - Adapter un signal électrique de faible puissance pour commander un circuit électrique de puissance supérieure. Matériel : - 1 interface à transistor - 1 L.E.D. - 1 relais miniature - 1 oscilloscope Documents : - Documents réponses - Dossier ressources - Cours Secteur : Atelier d'électrotechnique Nom, Prénom : Classe, Groupe : Durée : 3,5 heures Page 8 sur 9

9 Relais miniature pour tension continue Caractéristique de la bobine Résistance en Tension courant continu nominale [V] à 20 C [Ω] Nombre de spire Transistor pour commutation Transistor petit signaux Type Boitier V CE0 I c Ptot à T amb V CEsat V BEsat β à Ic [V] [ma] [mw] [ C] [V] [V] [ma] 2N2222 TO ,2 0,6 > N2369A TO ,8 0,6 > N5550 TO ,9 0,6 > N1613 TO ,7 0, Diode électroluminescente Couleur I f nom V f nom V f max V r max Rouge Verte Jaune 10 ma 10 ma 10 ma 1,7 V 2,1 V 2,1 V 2,0 V 2,8 V 2,8 V 5 V 5 V 5 V Valeur normalisées des résistances Série E24 : La série définit le nombre des premiers chiffres significatifs auxquels on applique un coefficient multiplicateur puissance de 10 (de 10-2 à 10 5 ) Porte NAN CMOS 4011 Paramètres Symboles VDD Valeurs typiques Courant de 5-3,2 sortie à l'état I OH 10-2,6 haut 15-6,8 Tension de 5 5 sortie à l'état V OH haut Page 9 sur 9