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

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

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Publié le 04 juin 2007
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Langue Français

Exrait

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
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
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ELPLME100
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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Coefficient : 5
Session : 2000
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Epreuve : N°4 Physique - Chimie -
Electricité
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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
?
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
(
)
1500
1500
2250
2500
R
L2
(
)
2500
2250
θ
θ
-5°
0
Caractéristiques des photorésistances
θ
+5°
-
axe du four
direction du soleil
LDR1
LDR2
Structure du dispositif de capture
T
1
T
2
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Epreuve : N°4 Physique - Chimie -
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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
et R
3
= 40 k
?
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
et R
5
= 4 k
.
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
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.
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