Baccalaureat 2002 electricite s.t.l (sciences et techniques de laboratoire)
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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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La calculatrice (conforme à la circulaire N°99186 du 161199) est autorisée Un documentréponse 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 (allerretour). L’émetteurrécepteur 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 cidessous :
Pilotage
Oscillateur sinusoidal
1.
u1
u1
Mise en forme
u'1
Emetteur d'ultrasons
Récepteur d'ultrasons ue Amplificateur sélectif u2
Mise en forme
u'2
OU exclusif
u
3
(les distances ne sont pas respectées, l'émetteur et le récepteur sont très proches)
filtre
u4
comparateur à deux seuils
u5
fond marin
DEL
Étude de l’oscillateur sinusoïdal (figure 1) L’amplificateur opérationnel AO1est supposé idéal et fonctionne en régime linéaire. Il est alimenté par deux tensions symétriquesVcc=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 ETEpreuve : N°4 Physique Chimie Electricité DE PROCEDES INDUSTRIELSElectricitéPartie : NORMALPage 1/7Ce sujet comporte 7 pages
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2.
U 1.1Exprimer, en fonction de R, L, C et, l’impédance complexeZ1du dipôle D1. (Donner le I résultat sous la forme Z1= a + jb)
U R R 1 3 1.2On veut montrer que, pour le dipôle D2: Z2. I R 2 a/Sachant que l'amplificateur opérationnel AO1fonctionne en régime linéaire, donner la valeur de ud.
b/En déduire l'expression de U en fonction des résistances R2, R3et de la tension de sortie U1.
c/Etablir la relation entre U, R1, I et U1.
d/A l'aide des réponses aux questions b/ et c/, donner la relation entre U et I. En déduire l'expression de Z2.
1.3ZDonner la relation entre 1et Z2
1.4Déduire de la relation précédente la pulsationdes oscillations en fonction de L et C, ainsi que la relation entre les résistances R, R1, R2et R3. 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 ue.
Pour l'étude qui va suivre, on supposera que la tension présente à l'entrée de l'amplificateur sélectif est sinusoïdale, d'expression usinU 2 ωt, avecvariable. 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 f0;
2.2.la valeur maximum T(f0) du module de T , et celle de la largeur de la bande passantef à–3 dB. Comparer f0etf, 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 ETEpreuve : N°4 Physique Chimie Electricité DE PROCEDES INDUSTRIELSElectricitéPartie : NORMALPage 2/7Ce sujet comporte 7 pages
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