Baccalaureat 2002 electricite s.t.l (sciences et techniques de laboratoire)

Description

La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autoriséeUn document-réponse est à rendre avec la copieLes parties 1,2,3,4,5 et 6 peuvent être traitées indépendamment.Étude du principe d’un sondeur à ultrasons (sonar)L’appareil émet un train d’ondes sinusoïdales ultrasonores pendant une brève durée, en direction du fond des mers. Le fond renvoie un écho et le sondeur mesure alors la durée de propagation du signalultrasonore (aller-retour).L’émeteur-récepteur ultrasonique restitue un signal électrique.On souhaite qu'une diode électroluminescente s’éclaire lorsque la profondeur de l’eau, notée h, devient inférieure à une certaine limite.Le schéma de principe du sondeur est donné ci-dessous :Pilotageu1 EmetteurOscillateurd'ultrasonssinusoidalfond marinu1Récepteur(les distances ne sont pas respectées,d'ultrasonsMise en formel'émetteur et le récepteur sont très proches)ueAmplificateursélectifu'1u2Mise en formeu'2u u u DEL3 4 5OU exclusif comparateurfiltreà deux seuils1. Étude de l’oscilateur sinusoïdal (figure 1)L’amplificateur opérationnel AO est supposé idéal et fonctionne en régime linéaire. Il est alimenté1par deux tensions symétriques  V =  15 V.ccLes grandeurs variables sont des fonctions sinusoïdales du temps, de pulsation  .BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRECoefficient : 5 Session : 2002 Durée : 3 Heures Options : ToutesPHYSIQUE DE LABORATOIRE ET Epreuve : N°4 Physique - Chimie ...

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Extrait

La calculatrice (conforme à la circulaire N°99186 du 161199) est autorisée Un documentréponse est à rendre avec la copie

Les parties 1,2,3,4,5 et 6 peuvent être traitées indépendamment.

Étude du principe d’un sondeur à ultrasons (sonar)

L’appareil émet un train d’ondes sinusoïdales ultrasonores pendant une brève durée, en direction du fond des mers. Le fond renvoie un écho et le sondeur mesure alors la durée de propagation du signal ultrasonore (allerretour). L’émetteurrécepteur ultrasonique restitue un signal électrique. On souhaite qu'une diode électroluminescente s’éclaire lorsque la profondeur de l’eau, notée h, devient inférieure à une certaine limite. Le schéma de principe du sondeur est donné cidessous :

Pilotage

Oscillateur sinusoidal

1.

u 1

u 1

Mise en forme

u' 1

Emetteur d'ultrasons

Récepteur d'ultrasons u e Amplificateur sélectif u 2

Mise en forme

u' 2

OU exclusif

u

3

(les distances ne sont pas respectées, l'émetteur et le récepteur sont très proches)

filtre

u 4

comparateur à deux seuils

u 5

fond marin

DEL

Étude de l’oscillateur sinusoïdal (figure 1) L’amplificateur opérationnel AO 1 est supposé idéal et fonctionne en régime linéaire. Il est alimenté par deux tensions symétriquesV cc =15 V. Les grandeurs variables sont des fonctions sinusoïdales du temps, de pulsation.

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE Coefficient : 5 Session : 2002 Durée : 3 Heures Options : Toutes PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET Epreuve : N°4 Physique  Chimie  Electricité DE PROCEDES INDUSTRIELS ElectricitéPartie : NORMAL Page 1/7Ce sujet comporte 7 pages

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2.

U 1.1Exprimer, en fonction de R, L, C et, l’impédance complexeZ 1 du dipôle D 1 . (Donner le I résultat sous la forme Z 1 = a + jb)

U R R 1 3   1.2On veut montrer que, pour le dipôle D 2 : Z 2 . I R 2 a/Sachant que l'amplificateur opérationnel AO 1 fonctionne en régime linéaire, donner la valeur de u d .

b/En déduire l'expression de U en fonction des résistances R 2 , R 3 et de la tension de sortie U 1 .

c/Etablir la relation entre U, R 1 , I et U 1 .

d/A l'aide des réponses aux questions b/ et c/, donner la relation entre U et I. En déduire l'expression de Z 2 .

1.3ZDonner la relation entre 1 et Z 2

1.4Déduire de la relation précédente la pulsationdes oscillations en fonction de L et C, ainsi que la relation entre les résistances R, R 1 , R 2 et R 3. Application numérique : on donne L = 1,0 mH et C = 2,53 nF ; calculer la fréquence et la période de l’oscillateur sinusoïdal.

Étude de l’amplificateur sélectif (figure 2)

Lorsque le train d’ondes, réfléchi par le fond, atteint le récepteur d’ultrasons, il y est transformé en un signal électrique u e .

Pour l'étude qui va suivre, on supposera que la tension présente à l'entrée de l'amplificateur sélectif est sinusoïdale, d'expression usinU 2 ωt, avecvariable. e e

Les courbes de variations du module et de l’argument defonction de la fréquence f sontT en représentées respectivement figures 6 et 7 du document réponse. Déterminer à partir de ces courbes :

2.1.la valeur de la fréquence d’accord f 0 ;

2.2.la valeur maximum T(f 0 ) du module de T , et celle de la largeur de la bande passantef à–3 dB. Comparer f 0 etf, etjustifier le terme d’amplificateur sélectif ;

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE Coefficient : 5 Session : 2002 Durée : 3 Heures Options : Toutes PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET Epreuve : N°4 Physique  Chimie  Electricité DE PROCEDES INDUSTRIELS ElectricitéPartie : NORMAL Page 2/7Ce sujet comporte 7 pages

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