Electricité 2000 S.T.L (Physique de laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

Description

Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Electricité 2000. Retrouvez le corrigé Electricité 2000 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Électricité
• 2000

Informations

• Publié par: bankexam
• Publié le: 04 juin 2007
• Nombre de lectures: 55
• Langue: Français

Extrait

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE

Coefficient : 5

Session : 2000

Durée : 3 Heures

Options : Toutes

PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET

DE PROCEDES INDUSTRIELS

Epreuve : N°4 Physique - Chimie -

Electricité

Partie : Electricité

NORMAL

Ce sujet comporte 7 pages

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ELPLME100

La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée

Un document-réponse est à rendre avec la copie

ETUDE D'UN SYSTEME DE POURSUITE SOLAIRE

Première partie : 4 points

Deuxième partie : 16 points

Une installation de four solaire est orientable vers le soleil. L'étude porte sur la commande d'un

moteur permettant à un four solaire de suivre automatiquement la course du soleil par rotation autour

d'un axe.

Le dispositif de capture de la direction solaire est constitué par deux photorésistances LDR1 et

LDR2, montées au fond de tubes T

1

et T

2

fixés sur la structure porteuse du four.

On considérera que les résistances de ces deux capteurs varient en fonction de l'orientation du

four par rapport au soleil. On note leurs valeurs respectivement R

L1

et R

L2

.

Schématisation du système

θ

direction du soleil

direction du four

(axe du miroir)

capteurs

T

1

T

2

Synoptique du circuit de commande

Adaptation

aux niveaux

logiques

Capteur 1

Capteur 2

A

1

A

2

A

3

C

2

C

1

Interface

de

puissance

Moteur

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Coefficient : 5

Session : 2000

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Epreuve : N°4 Physique - Chimie -

Electricité

Partie : Electricité

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PREMIERE PARTIE

Les composants du circuit électronique de commande nécessitent une alimentation symétrique

±

12 V.

Les deux tensions sont obtenues à partir d'une tension unique u

c

élaborée après redressement et filtrage.

Transformateur

Pont Redresseur

u

P

u

S

u

C

Alimentation continue

Alimentation symétrique

+V

CC

-

V

CC

1°) Etude du transformateur – redresseur :

On alimente un transformateur parfait 240 V/24 V – 50 Hz 100 VA avec la tension du secteur

alternatif 240 V.

1.1.

Donner le rapport de transformation du transformateur.

1.2.

Quelles sont les intensités nominales des courants primaire et secondaire ?

1.3.

Calculer numériquement la valeur moyenne de la tension de sortie du pont redresseur u

pont

avant introduction du condensateur. On rappelle que <u

pont

> =

2

π

U

smax

.

2°) Alimentation continue

2.1. Quelle est l'influence du condensateur sur l'ondulation de la tension redressée et sur sa valeur

moyenne ?

2.2. Représenter sur la copie la structure du pont redresseur et le condensateur polarisé en

précisant sa polarité.

DEUXIEME PARTIE

On étudie le circuit électronique de commande du moteur. Tous les amplificateurs opérationnels

sont supposés parfaits. Ils sont alimentés sous

±

V

cc

=

±

12 V. (Les alimentations ne sont pas représentées

sur les schémas.)

Les questions 1°), 2°), 3°), 4°), et 5°) peuvent être traitées indépendamment les une des autres.

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1°) Etude des capteurs

1.1.

On étudie le montage associé à une photorésistance.

a) Exprimer la tension U

L1

en fonction des résistances du

montage et de V

cc

( voir schéma ci-contre).

b) Le montage de LDR2 est le même que celui de LDR1

mais la tension d'alimentation est -V

cc.

Donner l'expression de la tension U

L2

en fonction de R

L2

, R

et V

cc

.

1.2.

Fonctionnement du dispositif de capture.

a) Quelles sont les valeurs de U

L1

et U

L2

si l'orientation du four est

θ

= 0° et R = 1 k

Ω

?

b) Pour

θ

= -5°, quelle est la LDR qui reçoit le maximum d'éclairement ? Calculer U

L1

et U

L2

.

c) Même question pour

θ

= +5°.

+V

CC

= +12 V

R

L1

R

U

L1

R

L1

(

Ω

)

1500

1500

2250

2500

R

L2

(

Ω

)

2500

2250

θ

θ

-5°

5°

0

Caractéristiques des photorésistances

θ

+5°

-

5°

axe du four

direction du soleil

LDR1

LDR2

Structure du dispositif de capture

T

1

T

2

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2°) Etude des amplificateurs A

1

et A

2

:

A

1

et A

2

sont deux amplificateurs identiques dont la structure est décrite sur la figure suivante :

R’

R’’

A

C

-

+

∞

e(t)

s(t)

2.1. On procède à une étude préalable de l'amplificateur en régime sinusoïdal. On relève

expérimentalement les oscillogrammes de e(t) et s(t).

s(t) 1 V / carreau

e(t) 1 V / carreau

a)

Déterminer à partir des oscillogrammes fournis la valeur algébrique du coefficient

d'amplification du montage.

b)

Proposer un couple de valeurs pour les résistances R' et R".

2.2. On applique en entrée une tension e continue :

a)

e = E

1

= + 3,4 V. Calculer la tension de sortie s = S

1

b)

e = E

2

= - 4,8 V. Calculer la tension de sortie s = S

2

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3°) Etude de l'amplificateur A

3

L'amplificateur opérationnel fonctionne en régime linéaire.

R

1

R

3

R

2

-

+

∞

U

2

U

1

U

3

I

1

I

2

I

3

3.1. Donner la valeur du potentiel de l'entrée inverseuse par rapport à la masse.

3.2. Etablir l'expression de la tension U

3

en fonction de U

1

, U

2

, R

1

, R

2

et R

3

.

3.3. Quelle est la fonction de ce montage si R

1

= R

2

? Quel est son coefficient d'amplification si

R

1

= R

2

= 10 k

Ω

et R

3

= 40 k

Ω

?

3.4. Calculer la tension de sortie U

3

si U

1

= 9,6 V et U

2

= - 6,8 V.

4°) Etude des comparateurs

4.1. Comparateur C

1

La caractéristique U

4

= f(U

3

) de ce comparateur

est représentée ci-contre.

a)

De quel type de comparateur

s'agit-il ?

b) Représenter,

sur

le

document-

réponse, l'évolution de la tension

de sortie U

4

pour la tension

triangulaire U

3

proposée

.

0

+4 V

-4 V

-12 V

-12 V

+12 V

+12 V

U

4

U

3

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4.2. Comparateur C

2

U

D

U

3

R

4

R

5

U

5

-

+

∞

a) Donner l'expression du potentiel de l'entrée non inverseuse par rapport à la masse .

b) Exprimer la tension différentielle U

D

en fonction des différentes résistances, de U

3

et de U

5

.

c) Si U

5

= +V

cc

quelle est l'expression de la tension de seuil U

3M

à partir de laquelle la tension U

5

bascule à - V

cc

?

d) Si U

5

= - V

cc

quelle est l'expression de la tension de seuil U

3D

à partir de laquelle la tension U

5

bascule à +V

cc

. ?

e) Donner les valeurs numériques des tensions de seuil si V

cc

= +12 V, R

4

= 2 k

Ω

et R

5

= 4 k

Ω

.

f) Représenter la caractéristique U

5

= f(U

3

) sur le document réponse lorsque U

3

varie de –10 V à

10 V, en précisant le sens de parcours du cycle.

5°) Adaptation à un niveau logique

On souhaite mettre au format logique 0 – 5 V la sortie de chaque comparateur pour attaquer les

entrées d'un système de commande non étudié dans ce problème. On rappelle que la tension de chaque

comparateur évolue entre +12 V et – 12 V.

Pour cette réalisation, on dispose d'une diode zéner idéale de tension de seuil zéner 5 V, et d'une

résistance de protection Rp.

5.1.

Compléter le document réponse permettant de réaliser cette adaptation.

5.2.

Calculer la valeur de l'intensité du courant i pour Rp = 820

Ω

et U

4

= + 12 V.

5.3.

Peut-on choisir pour Rp une résistance capable de dissiper 1/8 W ? Justifier la réponse.

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DOCUMENT-REPONSE

(A rendre avec la copie)

4.1.b.

U

4

(V)

-12

U

3

0

+12

t (ms)

4.2.f.

5.1.

U

5

(V)

-12

U

3

(V)

+12

-12

0

+12

i

i

e

= 0

C

1

U

4

SYSTEME

LOGIQUE

ELPLME100

(PL99083)

FICHE DE MATIERE D'OEUVRE

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.)

Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels

Session Normale

ELECTRICITE

- Ecrit - Durée : 3 heures - Coefficient : 5

A FOURNIR PAR LE CENTRE D'EXAMEN :

Feuilles de copie

Feuilles de brouillon

A FOURNIR PAR LE CANDIDAT :

La calculatrice (conforme à la circulaire N°99-186 du 16-11-99) est autorisée

DOCUMENTS INTERDITS :

Tous les documents sont interdits.