Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 1/17 Présentation de la séquence Déroulement de la séquence : Phase 1 : recentrage fonctionnel sur F17 «Adapter en puissance» Page 2 Phase 2 : TP mesures sur la fonction F17 «Adapter en puissance» Page 4 Phase 3 : TP simulation sur la fonction F171 «Amplifier en puissance» Page 6 Phase 4 : TD sur la fonction F172 «Distribuer l énergie» Page 13 Synthèse : la fonction F17 «Adapter en puissance» (travail individuel) Partie du programme traitée lors de cette séquence : Connaissances A.1.2, A.1.3 F.3.3 G.1.1 Dénomination de la connaissance Amplification : amplification de courant, amplification de puissance Transmission non galvanique : le relais Conversion électrique/mécanique : moteur à courant continu à aimants permanents Matériel et documents disponibles : Type de matériel ou de documents Titre du document ou type de matériels Dossier technique SIEGE 406 Documents papier Séquence n 5 : étude de F17 «Adapter en puissance», documentation technique des relais et de l ULN2803A Logiciels Logiciel de simulation Matériel Carte sortie+matériel d un poste de mesure Système technique Le SIEGE 406 en fonctionnement pour les TP mesure. Pré requis : Le transistor en bloqué saturé Loi des mailles Notion sur le moteur à courant continu
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 2/17 Phase 1 : recentrage fonctionnel sur F17 «Adapter en puissance» Phase 1 : recentrage fonctionnel sur F17 «Adapter en puissance» Compétences terminales demandées lors de cette phase : B : d analyser l organisation fonctionnelle d un objet technique afin : B2 : de vérifier que toutes les grandeurs d entrée et de sortie présentes sur le schéma fonctionnel, sont disponibles dans l environnement de l objet technique ; D : d identifier à une fonction la ou les structures participant à sa réalisation. Objectifs opérationnels : Être capable à partir de la description fonctionnelle de F17 «Adapter en puissance» de décrire l évolution des signaux de sorties en fonction des signaux d entrées grâce à des chronogrammes. TRAVAIL DEMANDÉ Question1 Définir les entrées de la fonction F17 «Adapter en puissance». Question2 Donner dans le cas général les valeurs des différences de potentiel de commande du moteur V MOT correspondantes. Question3 D après les réponses aux questions 1 et 2, tracer les chronogrammes du document réponse 1 page 3/17.
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 3/17 Phase 1 : recentrage fonctionnel sur F17 «Adapter en puissance» DOCUMENT REPONSE 1 COM_GLI_AV 5V 0V COM_GLI_AR 5V t(s) 0V GR_VIT 5V t(s) 0V V MOT_GLI_PV t(s) 0V t(s) V MOT_GLI_GV 0V t(s)
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 4/17 Phase 2 : TP mesures : validation de la fonction F17 «Adapter en puissance» Phase2 : TP mesures : validation de la fonction F17 «Adapter en puissance» Compétences terminales demandées lors de cette phase : D : d identifier à une fonction la ou les structures participant à sa réalisation. H : de produire un dispositif de mesurage et/ou de test : H1 : choisir une méthode de mesurage et/ou de test et les appareils nécessaires, H2 : élaborer le mode opératoire adéquat, H3 : effectuer les mesures, H4 : traduire les résultats fournis par le dispositif de test, H6 : d évaluer que la fonction requise est assurée avec les caractéristiques prévues par les spécifications du cahier des charges. Objectifs opérationnels : Être capable de mesurer les différences de potentiel de commande des différents moteurs afin de valider que la fonction F17 «Adapter en puissance» est réalisée. TRAVAIL DEMANDÉ On souhaite valider le cahier des charges de la fonction grâce à des mesures sur la carte sortie. I Préparation à la mesure Question1 Noter sur le connecteur de sortie du typon côté composants de la carte de sortie (voir document réponse 2 page 5/17) les points du schéma structurel suivants : GLI_PV+, GLI_GV+, GLI-, REHA+, REHA-, SITE+, SITE-, DOS+ et DOS-. Question2 Noter sur les entrées du circuit intégré U1 (ULN2803A) du typon côté composants de la carte de sortie (voir document réponse 2 page 5/17) les entrées de commande COM_MVT_SENS. Question3 Proposer une méthode de mesure avec un schéma de câblage (schéma représentant le circuit imprimé avec les appareils de mesure) pour vérifier que la fonction F17 «Adapter en puissance» est assurée. II Mesures Question4 Effectuer les mesures. Représenter les résultats sous la forme d un tableau.
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 5/17 Phase 2 : TP mesures : validation de la fonction F17 «Adapter en puissance» III Interprétations Question5 Justifier que les résultats obtenus correspondent bien au cahier des charges de la fonction. DOCUMENT REPONSE 2 Connecteur de sortie
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 6/17 Phase 3 : TP simulation sur la fonction F171 «Amplifier en puissance» Phase3 : TP simulation sur la fonction F171 «Amplifier en puissance» Compétences terminales demandées lors de cette phase : D : d identifier à une fonction la ou les structures participant à sa réalisation. E1- d établir les relations entre grandeurs d entrée et de sortie qui caractérisent cette fonction ; E2 : de justifier le dimensionnement d un composant ; E4- d évaluer que la fonction requise est assurée. Objectifs opérationnels : Être capable d exploiter les documentations constructeur de l ULN2803A et du relais afin de modéliser le schéma structurel partiel de F171 «Amplifier en puissance». Être capable de simuler la structure afin de valider le cahier des charges de la fonction F171 «Amplifier en puissance». Être capable de justifier par le calcul puis par la simulation que le transistor interne à l ULN2803A fonctionne en saturé. Être capable de simuler le fonctionnement de la structure sans la diode interne à l ULN2803A afin de déterminer son utilité. TRAVAIL DEMANDÉ I Rappel fonctionnel sur F171 «Amplifier en puissance» Question1 Définir les entrées/sorties de F171 «Amplifier en puissance». Question2 D après la réponse à la question 1, remplir les chronogrammes du document réponse3 page 11/17. Question3 Identifier sur le schéma structurel de F17 «Adapter en puissance» du document réponse8 page 17/17 la fonction F171 «Amplifier en puissance» en l encadrant et en la nommant. II Modélisation du schéma structurel partiel de F171 «Amplifier en puissance» II.1 Modélisation de la partie commande d un relais Question4 À partir de la référence du relais et de sa documentation constructeur, déterminer la tension d alimentation de la partie commande ainsi que le courant maximal pouvant traverser les contacts. Justifier.
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 7/17 Phase 3 : TP simulation sur la fonction F171 «Amplifier en puissance» Question5 Compléter le schéma structurel partiel de F171 «Amplifier en puissance» du document réponse 4 page 11/17. Donner la valeur de R L. Question6 En déduire la valeur du courant I L permettant de commander les relais. Question7 D après la documentation constructeur du PIC16F877, justifier la nécessité d amplifier en puissance les signaux issus du PIC16F877. II.2 Modélisation de l ULN20803A Question8 On considère que les diodes en pointillées et les résistances de 7,2 kω et 3 kω sont des circuits ouverts pour faciliter l étude. Dessiner alors une partie du schéma interne du composant ULN2803A sur le document réponse 4 page 11/17. Question9 Donner la signification des symboles suivants : Question10 D après la documentation du PIC16F877, donner les 2 valeurs possibles de la différence de potentiel V COM_GLI_AV (dans le pire des cas). III Étude théorique de F171 «Amplifier en puissance» Question11 Compléter le tableau du document réponse 5 page 12/17 en précisant les états logiques et les valeurs des tensions d entrée et de sortie en fonction de l état du transistor. Question12 En considérant le courant de commande du relais calculé à la question précédente, justifier que le transistor fonctionne en bloqué-saturé (on prendra V BESAT =1.4V). Question13 D après la documentation constructeur du relais, donner les valeurs des tensions de commande permettant l enclenchement et le déclenchement des contacts. D après la valeur minimale de V L et la valeur maximale de V L, valider que le composant ULN2803A peut commander les relais utilisés.
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 8/17 Phase 3 : TP simulation sur la fonction F171 «Amplifier en puissance» IV Simulation de F171 «Amplifier en puissance» On remplace les deux transistors interne (montage darlington) par deux transistors de référence MJ11016 avec un β=100. On prendra une valeur d inductance L L =60mH La diode interne de l ULN2803A sera remplacé par une diode de référence 1N4001. IV.1 Préparation à la simulation Question14 Saisir le schéma structurel partiel de F171 «Amplifier en puissance» Question15 On suppose que la glissière est commandée de la manière suivante : -arrêtée pendant 0.5s, -commandée en avant pendant 2s, -arrêtée pendant 0.5s. Produire la différence de potentiel V COM_GLI_AV correspondante à ce fonctionnement. IV.2 Simulation IV.2.1 Validation du cahier des charges Question16 Simuler les différences de potentiel V COM_GLI_AV et V COM_GLI_AV_AMPL. Imprimer le résultat de cette simulation. Interprétations : Question17 Valider que le fonctionnement de la structure correspond bien à celui rappelé lors de l étude fonctionnelle. Question18 Noter sur les imprimés l instant où le transistor est bloqué ainsi que celui où il est saturé. Question19 Donner la valeur du V CESAT obtenu en simulation. Comparer cette valeur avec celle de la documentation constructeur de l ULN2803A.
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 9/17 Phase 3 : TP simulation sur la fonction F171 «Amplifier en puissance» IV.2.2 Validation de la commande du relais Question20 Simuler les différences de potentiel V COM_GLI_AV et V L. Imprimer cette simulation. Interprétations : Question21 Noter les valeurs maximale et minimale de V L sur les relevés. Question22 Comparer ces valeurs aux tensions de commande d enclenchement et de déclenchement des contacts. Conclure si on pourra commander ce type de relais. IV.2.3 Validation du fonctionnement en saturé du transistor Question23 Simuler les courants Iin et I L. Imprimer cette simulation. Interprétations : Question24 Noter sur les imprimés l instant où le transistor est bloqué ainsi que celui où il est saturé. Noter les valeurs de Iin et I L lorsque le transistor est saturé. Question25 Calculer le rapport : Iin Justifier alors que le transistor est saturé. IV.2.4 Rôle de la diode interne à l ULN2803A Simulation avec la diode : I L Question26 Simuler la différence de potentiel V COM_GLI_AV et le courant I D. Imprimer cette simulation.
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 10/17 Phase 3 : TP simulation sur la fonction F171 «Amplifier en puissance» Simulation sans la diode : Enlever la diode du schéma de simulation. Question27 Simuler les différences de potentiel V COM_GLI_AV et V COM_GLI_AV_AMPL. Imprimer cette simulation. Interprétations : Question28 Sur l imprimé avec la diode, noter les instants où la diode est passante. En déduire en fonction des états du transistor à quels instants la diode est passante. Question29 Sur l imprimé sans la diode, noter la valeur maximale de V COM_GLI_AV_AMPL. Comparer cette valeur avec celle de V CEmax de l ULN2803A. Question30 Conclure sur le rôle de cette diode. Comment appelle-t-on une telle diode? V Synthèse sur les caractéristiques techniques essentielles de F171 «Amplifier en puissance» Question31 Rappeler les caractéristiques techniques de F171 «Amplifier en puissance» en ce qui concerne ces différents points : -caractéristiques de la commande du relais, -nécessité de la fonction F171 «Amplifier en puissance» (en fonction des caractéristiques du PIC16F877, -caractéristiques de l ULN2803A, -rôle de la diode interne à l ULN2803A. VI Supplément Question32 Valider théoriquement que la structure permettant de produire la différence de potentiel V GR_VIT_AMPL à partir de la différence de potentiel V GR_VIT est correctement réalisée. On s appuiera sur tout ce qui a été fait lors de la phase3 notamment les caractéristiques de commande du relais.
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 11/17 Phase 3 : TP simulation sur la fonction F171 «Amplifier en puissance» DOCUMENT REPONSE 3 COM_MVT_SENS +5V COM_MVT_SENS_AMPL t(s) t(s) DOCUMENT REPONSE 4 Alim12V 10 RL_GLI_AV :A V L COM_GLI_AV Iin 1 18 COM_GLI_AV_AMPL I L 1/8 ULN2803A 9
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 12/17 Phase 3 : TP simulation sur la fonction F171 «Amplifier en puissance» DOCUMENT REPONSE 5 Etat logique de COM_GLI_AV_AMP Etat du transistor Valeur de la tension V COM_GLI_AV_AMP Valeur du courant I L Etat logique de COM_GLI_AV Valeur de la tension V COM_GLI_AV_AMP Relais alimenté Relais non alimentée
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 13/17 Phase 4 : TD sur la fonction F172 «Distribuer l énergie» Phase4 : TD sur la fonction F172 «Distribuer l énergie» Compétences terminales demandées lors de cette phase : D : d identifier à une fonction la ou les structures participant à sa réalisation. E : Analyser l organisation structurelle d une fonction afin : E1- d établir les relations entre grandeurs d entrée et de sortie qui caractérisent cette fonction ; E2 : de justifier le dimensionnement d un composant ; E4- d évaluer que la fonction requise est assurée. Objectifs opérationnels : Être capable de tracer le parcours du courant moteur en fonction des valeurs des différences de potentiel V COM_MVT_SENS. Être capable de déterminer les différences de potentiel de commande du moteur glissière petite vitesse et du moteur glissière grande vitesse. Question1 Identifier sur le schéma structurel de F17 «Adapter en puissance» du document réponse8 page 17/17 la fonction F172 «Distribuer l énergie» en l encadrant et en la nommant. Question2 Dessiner sur le document réponse 6 pages 14/17 à 16/17 le parcourt du courant pour les différents cas proposés (les relais sont représentés au repos : sans commande). En déduire à chaque fois les valeurs de V MOT_GLI_PV et V MOT_GLI_GV. Question3 Justifier alors que la fonction F172 «Distribuer l énergie» est réalisée. Question4 On donne Imotmax=8A (courant maximal circulant dans le moteur). Valider que les relais peuvent supporter le courant maximum circulant dans le moteur. À faire rapidement si le siège de 406 ou le sous système sont libres Question5 Mesurer les valeurs des différence de potentiel V MOT_GLI_PV et V MOT_GLI_GV en avant en arrière en grande et petite vitesse. Reporter ces valeurs sur le tableau du document réponse 7 page 16/17. Question6 Comparer avec les résultats obtenus en théorie. Noter d une autre couleur dans le tableau du document réponse 7 page 16/17 les différences. Question7 Expliquer d où peuvent venir ces différences.
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 14/17 Phase 4 : TD sur la fonction F172 «Distribuer l énergie» Faire un schéma montrant le moteur glissière petite vitesse et le moteur glissière grande vitesse pour justifier vos propos.
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 15/17 Phase 4 : TD sur la fonction F172 «Distribuer l énergie» Document réponse 6 (1/3) : schéma structurel partiel de F172 «Distribuer l énergie» 1 cas : V GR_VIT_AMPL =12V ; V COM_GLI_AV_AMPL =0V ; V COM_GLI_AR_AMPL =12V V MOT_GLI_PV =. ;V MOT_GLI_GV = 2 cas : V GR_VIT_AMPL =12V ; V COM_GLI_AV_AMPL =12V ; V COM_GLI_AR_AMPL =0V V MOT_GLI_PV =. ;V MOT_GLI_GV =
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 16/17 Phase 4 : TD sur la fonction F172 «Distribuer l énergie» Document réponse 6 (2/3) : schéma structurel partiel de F172 «Distribuer l énergie» 3 cas : V GR_VIT_AMPL =0V ; V COM_GLI_AV_AMPL =0V ; V COM_GLI_AR_AMPL =12V V MOT_GLI_PV =. ;V MOT_GLI_GV = 4 cas : V GR_VIT_AMPL =0V ; V COM_GLI_AV_AMPL =12V ; V COM_GLI_AR_AMPL =0V V MOT_GLI_PV =. ;V MOT_GLI_GV =
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 17/17 Phase 4 : TD sur la fonction F172 «Distribuer l énergie» Document réponse 6 (3/3) : schéma structurel partiel de F172 «Distribuer l énergie» 5 cas : V GR_VIT_AMPL =12V ; V COM_GLI_AV_AMPL =12V ; V COM_GLI_AR_AMPL =12V V MOT_GLI_PV =. ;V MOT_GLI_GV = DOCUMENT REPONSE 7 Mouvement réalisé V COM_GLI_PV V COM_GLI_GV Glissière en avant en petite vitesse Glissière en arrière en grande vitesse Glissière en avant en grande vitesse Glissière en arrière en grande vitesse
Terminale STI Électronique Système technique : «Siège 406» Page 18/17 Phase 4 : TD sur la fonction F172 «Distribuer l énergie» DOCUMENT REPONSE 8