Electricité 2003 S.T.L (Physique de laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

Description

Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Electricité 2003. Retrouvez le corrigé Electricité 2003 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Électricité
• 2003

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• Publié par: bankexam
• Publié le: 04 juin 2007
• Nombre de lectures: 77
• Langue: Français

Extrait

   

   

    

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coefficient : 5

  Durée de l'épreuve : 3 heures                                  

 

1

 

 



             ' '( " '( ' "  )   * '   En zone méditerranéenne, l’arrosage automatique en goutte à goutte permet d’économiser des réserves d’eau, car on n’apporte que la quantité d’eau nécessaire, chaque goutte tombant au niveau de la racine des plantes sans être déplacée par le vent. Le synoptique ci*dessous montre, de manière simplifiée, une automatisation possible de ce type d’arrosage discontinu, en tenant compte du taux d’humidité et de la température.  Toutes les fonctions ne seront pas étudiées.   Signal de remise à   zéro   (Reset)       Bloc contrôle 1 v 5         Bloc Attente onti ’  Gérané  n iotasiropmet   c L o og m iq m u a e n d d e e  l’arrosage de d une v 10   v   im ulsion   v 8  v 9    v 7       Bloc capteur/ transmetteur/ v 3   Ouverture de l’électrovanne   convertisseur  goutte à goutte Départ Bloc contrôle 2 d’humidité  

  Consigne HR  maximale   !Tous les amplificateurs opérationnels sont supposés parfaits. Ils sont alimentés en +15/%15V. Leurs tensions de saturation sont considérées comme égales à leurs tensions d’alimentation.  Toutes les durées à calculer sont à donner en secondes.       !  +,- $%%% .-/0/ 01 2 $1 34 .
    4  -5%   Ce compteur est un système qui compte le nombre d’impulsions sur son entrée. En sortie, on obtient un nombre binaire naturel [N] sur 8 bits, correspondant au nombre N d’impulsions comptées. Les impulsions sont produites avec un montage qui génère un signal périodique rectangulaire comportant une impulsion positive toutes les 10 secondes.    6Quelle est la fréquence de ce signal ?    6Donner la relation entre la durée de comptage t   et le nombre d’impulsions N.    6 d’impulsionsQuel nombre maximal ce compteur 8 bits peut*il compter ?

 

2

 

 4  -
% 7 7&   On utilise un convertisseur numérique analogique pour convertir ce nombre d’impulsions binaire [N] en une tension v 1 proportionnelle au nombre d’impulsions (c.f. figure 1, page 6). Pour une durée de comptage t    minutes, on mesure une tension vde 40 1  V.de 10,8    6Calculer le quantum q du convertisseur.    6En déduire sa pleine échelle (PE).    6Pour quelle durée de comptage la tension v 1 atteint*elle 7,38 V ?           ! 
 857%&6% .-/0/ 01 2 $1 34!" 
  Le capteur d’humidité utilisé ici pour mesurer l’humidité de l’air ambiant est un hygromètre capacitif, composé d’un film pelliculaire à base de polymère entre 2 couches d’or. L’ensemble forme un condensateur dont la capacité C varie avec le taux d'humidité relative (HR). Un capteur*transmetteur d’humidité permet d’obtenir un signal 4*20 mA, fonction affine du taux d’humidité relative qui varie de 0 à 100 %.   4 ,$% %6-$%   On cherche à convertir le courant 4*20 mA, issu du transmetteur, en une tension v 2 . Le graphique ci*dessous représente l’allure de v 2 en fonction du courant i :

                       6     4  

   6       6    6    

v 2 (V)

*1

*10

4

20

i mA

Déterminer l’expression numérique de v 2 (en V) en fonction de i (en A).  


 -$%6% .-/0/ 01 2 $1 34

Le schéma de la figure 3 représente cette conversion. La source de courant représente la sortie du capteur*transmetteur d’humidité. Les amplificateurs opérationnels AO1 et AO2 fonctionnent en régime linéaire.

Quelle est la valeur de v D1 ? Justifier.

Déterminer l’expression de v 2 en fonction de R²et de i².

Déterminer la relation entre iρ, Rρet E.

3

 

 

9 6

  : 6   3 6

ρ Établir la relation entre i, v 2 , Rρ, R²et E. En déduire que v 2 1 %R ρ .i% R .RE ρ .

E =%15V. En utilisant la$% , déterminer les valeurs de R′ et R . ²



Déterminer l’expression de v 3  en fonction de R 1 , R 2 , et v 2 . Quelle doit* être la relation entre R 1 et R 2 pour avoir v 3 =%v 2 ?         !   -5% 7 ,(857%& $ , +,- 7 -%;,!# 
    4 ,- 7 -%;,    La prise en compte du taux d’humidité s’effectue à l’aide d’un montage à amplificateur opérationnel. On utilise le montage de la figure 4, page 6. v 3 qui dépend de l’humidité relative HR avec la relationest une tension  : suivante   v 3  avec= 0,09.HR + 1 v 3 en volt et HR en %.     $   % &' () * +, -    6Quelle est la valeur correspondante de v 3 ?    6 $4Si v 1 = 0,5 V, quelle est la valeur de v 4 ? Justifier. +4Si v 1 7 V, quelle est la valeur de v= 4 ? Justifier.    6 vOn donne la relation suivante : 1 (volts)    45.10 = %3 pour N, un nombre entier, qui .N, avec correspond dans ce système à un nombre d’impulsions. Il y a une impulsion toutes les 10 secondes. $4 pour quelle durée de = 0), pour quelle valeur de N, etAprès initialisation du compteur (N comptage, la sortie du montage va*t*elle basculer ? +4Déterminer la durée au bout de laquelle la sortie du montage basculera, si l’humidité atteint 75 % ? Sachant que le basculement de v 4  à+15 V va déclencher le goutte à goutte, quel est  l’intérêt du système ?     4 7$%$% $< 
$< ,1=   On utilise le montage représenté à la figure 5, page 6. La caractéristique i = f(v D ) d’une diode Zéner (Dz) idéale, est représentée en figure 6, page 7.    6Quand v 4 = 15 V, quelle est la valeur de v 5 ? Même question quand v 4 =%15 V.    6Compléter le chronogramme de v 5  8 le document*réponse 1, page (on indiquera les valeurs sur extrêmes de v 5 sur le document*réponse).  

 

4

 

 4 ,- 7 -%;,    Lorsque le taux d’humidité atteint une valeur maximale, il devient inutile d’irriguer. La détection de cette valeur maximale est réalisée par le dispositif représenté à la figure 7, page 7. On rappelle que v 3 = 0,09.HR + 1.     6Quelles sont les valeurs possibles pour v 6 ? Justifier.    6Exprimer v 3 + en fonction de R 4 , R 5 et V CC .   On souhaite que la sortie de l’amplificateur opérationnel AO4 bascule quand HR = 100 %.    6Calculer la valeur de R 4 basculement de la sortie lorsque le taux d’humiditépermettant d’obtenir un augmente et atteint 100 %. Quelle sera alors la valeur de v 6 ?    > ! 5$% 7 ,($$1!" 
    La tension v 8 , lorsqu’elle devient positive, est transformée en une impulsion v 9  va permettre de qui commander l’électrovanne (le circuit de puissance n’est pas étudié ici), pendant une durée limitée. Ce système de commande contient une bascule RS à portes C.M.O.S (c.f. figures 8 et 9, page 7).   4 $ +$-,    La table de transition de la bascule RS est donnée figure 8, page 7. On rappelle que pour cette bascule, tous les basculements s’effectuent pour des tensions d’entrées égales à Vdd/2.     Compléter le chronogramme sur le document* réponse 2, page 8.   4 $ -55$7 %5&   On utilise une diode supposée idéale, dont la caractéristique se trouve en figure 10 (page 7). La tension d’alimentation de la bascule est Vdd = 10 V. L’électrovanne est ouverte lorsque v 10  est à l’état haut, et fermée quand v 10 montage de la commande temporisée est représenté en Le = 0 V. figure 9 (page 7).    6 %7 7 ,(&%$% %$+, .% ? %  4   Cet état est caractérisé par v 9 = 0 V et v 10 = 0 V. La diode est passante. En déduire la valeur de v C , et compléter le document*réponse 3 (page 9).    6 %7 7 ,(&%$% %$+,   À l’instant t = t 1 , une impulsion positive v 9 est appliquée sur l’entrée S (c.f. 3). document*réponse $4Donner les valeurs de v 10 et v C juste après l’application de cette impulsion. En déduire l’état de la diode juste après t 1 . Justifier. +4Entre t 1 , et un instant t 2  que l’on déterminera à la question, la tension v C  l’évolution suit représentée sur le document*réponse 3. Quel est l’état de la diode durant cette période ? Quelle est la valeur de v 10 ? Compléter le document*réponse 3. -4Quelle est la valeur de v C qui provoque un changement d’état en sortie de la bascule ? Donner la valeur de v 10 et de v C à cet instant t 2 En déduire l’état de la diode juste après t. 2 . Compléter le document*réponse 3, en faisant apparaître l’instant t 2 . 74Faire apparaître la durée d’ouverture T 0  de l’électrovanne. Quelle serait l’influence sur T 0   d'une diminution de la résistance R 4 ? Même question si C augmentait ?  5 

                  

  

 

 

@ ! -8&5$ % 5%$1    

HR [0 ; 100 %]

Impulsions d’entrée

HR / I

Compteur 8 bits

[N]

  A1 :        

i [4 ; 20 mA]

Etape 1

# /Ç 

v 2   [ % 1 V ; ( % 10) V]

Etape 2

 



v 3

   

  A1   .                 

1

E

3

i'

R'

4*20]

D1

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+

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2

R 1

R 2  % + + AO2

  A1               + +  R 3 AO3

%

4

v 4

3

  

D z

v 5

       A1 9:    
! A1 : !  "#  6 

       

   

     

   

 

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i

0

 

V d

i

V d

 

  A1 3 ! "$    % 

S 0 1 0 1  

R

S

R 0 0 1 1

 

 

Q

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Qt Qt*1 1 0 Interdit

  A1 C !   ' 

 

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4

5

  c = 15 V

= 5 W +   + AO4 % %

+



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       A1 B ! &  ! 
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V d

i 0 V d      A1  ! "$ !   

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2

 

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