AP1.1 : Montages électroniques élémentaires. Électricité et électronique

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1 STI2D Option SIN Terminale AP1.1 : Montages électroniques élémentaires Électricité et électronique Durée prévue : 3h. Problématique : connaître les composants élémentaires de l'électronique Compétences visées Être capable de mettre en œuvre et simuler un schéma électronique simple Plan de l étude I Brève présentation du logiciel de simulation Proteus II Premiers montages : rappel sur les résistances, les tensions et les courants III Le condensateur IV Montage à led Logiciels ISIS-Proteus Savoirs associés Remarque Matériels Ordinateur Mode de distribution Dossier technique associé Dossier ressource associé Format numérique

2 I Brève présentation du logiciel de simulation Proteus Le logiciel ISIS Proteus est un logiciel de réalisation de carte électronique qui permet aussi la simulation de montages électroniques. Les explications et l'énoncé ont été réalisés à partir de la version 'ISIS Protheus 7 demo' en langue anglaise. Votre version de travail peut être légèrement différente. Ouvrez le logiciel de simulation Proteus (son icône de couleur bleue s appelle 'ISIS 7 Demo' et elle est disponible dans le menu Démarrer - Tous les programmes - Proteus 7), et agrandissez sa fenêtre à tout l écran. Dans la partie gauche de l écran se trouve une boîte verticale de boutons : en plaçant le curseur de la souris sur un bouton, sans cliquer, une info-bulle affiche le nom du bouton. Le premier bouton de cette barre d outils, en forme de flèche noire, s appelle Selection mode (Mode sélection). Repérez les boutons nommés Component mode (Mode composant), Junction Dot mode (Mode point de jonction) et Generator Mode (Mode générateur) parmi les boutons verticaux de cette barre d outils et mémorisez leur position : vous aurez régulièrement besoin de ces boutons. Pour ajouter des composants il va falloir aller les chercher dans les bibliothèques du logiciel (clic droit de la souris puis Component puis from libraries). Pour lancer la simulation il faudra cliquer sur 'Execute' (exécuter) dans le menu 'debug' (Mise au point) de Proteus (vous pouvez aussi utiliser le bouton de raccourcis 'Play' (symbolisé par un triangle noir) placé en bas à gauche de l écran). Pour arrêter la simulation, cliquez sur 'Stop animation'»dans le menu debug' (Mise au point) de Proteus (vous pouvez aussi utiliser le bouton de raccourcis «Arrêt» (symbolisé par un carré noir) placé en bas à gauche de l écran). II Premiers montages : rappel sur les résistances, les tensions et les courants Ci-dessous le 1 er montage à simuler : AP1.1_eleves.odt 2/7

3 Les résistances R1 (1,2kΩ) et R2 (2,4kΩ) sont à prendre dans la librairie des composants (component from libraries Resistors 2 Watt Metal film). La valeur peut être réglée en double cliquant sur le composant déposé sur le schéma ou en faisant un clic droit puis 'edit properties' (k = kilo = lettre 'k' dans le logiciel). Le générateur continu de 12V est à choisir dans la rubrique 'Generator DC'. La masse (le 0V) est à choisir dans la rubrique ' Terminal Ground'. Pour les appareils de mesures il faut aller dans la rubrique 'virtual instrument' puis choisir celui que vous voulez (DC Voltmeter ou DC Ammeter). Pour l'ampère-mètre bien paramétrer Miliamps (click droit + Edit properties). 2.1 Lancez la simulation et noter les valeurs du courant et de la tension. 2.2 Retrouvez par le calcul ces deux valeurs. Ci-dessous le 2 ème montage à simuler : Les résistances R1 (1,2kΩ), R2 (2,4kΩ) et R2 (3,2kΩ) sont à prendre dans la librairie des composants (component from libraries Resistors 2 Watt Metal film). Le générateur continu de 12V est à choisir dans la rubrique 'Generator DC'. 2.3 Lancez la simulation et noter les valeurs des courants et de la tension. 2.4 Retrouvez par le calcul ces deux valeurs. AP1.1_eleves.odt 3/7

4 III Le condensateur Nous allons découvrir deux montages à base de condensateur. 3.1 Charge d'un condensateur Vous allez réaliser le montage suivant : Le condensateur est à prendre dans la librairie des composants (component from libraries Capacitors Animated Capacitor model). Il faudra le mettre à la valeur de Farads c'est à dire 470μF (μ = micro = 10-6 = lettre 'u' dans le logiciel). La résistance (component from libraries Resistors 2 Watt Metal film) aura pour valeur 10kΩ. Le générateur continu (Generator DC) aura pour valeur 5V. Le bouton poussoir : component from libraries Switches & relays - Button Les appareils de mesures : 'virtual instrument' en paramétrant bien Miliamps (click droit + Edit properties) pour l'ampère-mètre. Rajouter un 'Point de mesure' Uc que l'on utilisera pour le graphe : 'Voltage probe' Rajouter un graphe (Graphs Analogue). Le paramétrer (échelle des temps réglée à 40s). Pour y associer votre point de mesure (Voltage probe), cliquer sur celui-ci et amener-le sur le graphe ou clic droit sur le graph et "add Traces" puis choisir votre point de mesure.. a) Lancez la simulation. b) Donnez la valeur finale de la tension Uc aux bornes du condensateur. c) Relevez le graphe (Quand la tension Uc est stabilisée, arrêtez la simulation, cliquez (clic droit) sur le graphe et choisir "simulate graph" ou appuyez sur la barre 'espace' de votre clavier). d) A partir de l'évolution de Uc (valeur et graphique), décrivez ce qui se passe dans ce montage. e) Faites des essais en changeant la valeur de la résistance (plus grande et plus petite) et expliquez l'impact de la valeur de celle-ci. AP1.1_eleves.odt 4/7

5 3.2 Redressement simple alternance Vous allez réaliser le montage suivant : La diode est à prendre dans la librairie des composants (component diodes rectifiers 1N4007) La résistance a comme valeur 10kΩ (component resistors generic). Mettre une alimentation sinusoïdale de 24V et 50Hz (generator sine) et la régler aux valeurs prévues (tension et fréquence). Mettre un oscilloscope (Virtual instrument oscilloscope) dont l'entrée A est reliée au générateur sinusoïdal et l'entrée B est reliée en amont de la résistance de charge. Procéder ensuite aux réglages : Mettre les voies C et D de l oscilloscope sur OFF (une fois la simulation lancée). Régler la base de temps sur 5 ms (une fois la simulation lancée) Régler l'amplitude des voies A et B sur 10V (une fois la simulation lancée) Remarque : ne jamais fermer la fenêtre de l oscilloscope. Elle se ferme toute seule à l'arrêt de la simulation. Si l écran de l oscilloscope n apparaît pas, vous devez arrêter la simulation, cliquer gauche une fois sur l oscilloscope (il devient rouge) et aller sur le menu 'debug' (Mise au point) puis valider sur 'reset popup windows' (Réinitialiser fenêtres popup). Vous pouvez alors relancer la simulation. Pour figer la fenêtre de l'oscilloscope vous pouvez cliquer sur 'one-shot' a) Lancez la simulation et décrire ce qui se passe. AP1.1_eleves.odt 5/7

6 b) Relevez la courbe obtenue sur l'oscilloscope. On rajoute maintenant un condensateur de 1μF en parallèle de la résistance R1. c) Lancez la simulation et décrire ce qui se passe. d) Relevez la courbe obtenue sur l'oscilloscope. On Modifie maintenant la valeur du condensateur : on le prend à 10μF. e) Lancez la simulation et décrire ce qui se passe. f) Relevez la courbe obtenue sur l'oscilloscope. On Modifie maintenant la valeur du condensateur : on le prend à 100μF. g) Lancez la simulation et décrire ce qui se passe. h) Relevez la courbe obtenue sur l'oscilloscope. i) Le nom du montage vous semble-t-il logique? j) Conclure sur le rôle du montage. IV Montage à led Soit le montage suivant : Notre carte arduino fournit une tension de 5V (on simulera la carte par un générateur continu 5V) : AP1.1_eleves.odt 6/7

7 Caractéristiques de la led rouge : a) Relevez, sur la documentation, la valeur nominale (normale) du courant nécessaire pour allumer cette Led. b) Relevez, sur la documentation, la valeur nominale de la chute de tension de cette Led. La led est à prendre dans la librairie des composants (Optoelectronic LEDs Led red Animated). Réglez ses caractéristiques suivant les données de la documentation (questions précédentes). La résistance aura comme valeur 1kΩ (component from libraries Resistors 2 Watt Metal film). c) Lancez la simulation et décrivez ce qui se passe. d) Améliorez le montage pour avoir un fonctionnement optimal de la Led. Simulez-le pour vérifier vos calculs. AP1.1_eleves.odt 7/7