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Étude d’un astable
1 Principe
Sur le télescope se trouve un capteur qui permet de détecter le nord magnétique. Ce
capteur peut être assimilé à une bobine dont la valeur de l’inductance varierait en fonction de
son orientation par rapport au champ magnétique terrestre. De la valeur de cette inductance
dépend la fréquence d’un oscillateur R-L. C’est l’analyse par le PIC de cette fréquence qui
permet la détermination du nord magnétique.
Le TP porte sur l’étude de l’oscillateur R-L.
2 Schéma de montage
Dans la documentation technique fournie par le constructeur, le capteur magneto-inductif
(PNI SEN-L) a une inductance comprise entre 1,75mH et 5,25mH et une résistance com-
prise entre 110 et 130 .
Le schéma suivant est une simplification du schéma que l’on trouve sur la carte aligne-
ment. En effet, dans ce dernier, le sens du courant dans le capteur est changé périodiquement
par l’intermédiaire d’interrupteurs commandés, afin de s’affranchir d’une dérive en tempé-
rature.
R L R5 iL
220 120 -
+
u u u5 L R +
CAPTEUR DE NORD
R R7 9
u R u 100k 13.3ke 6 6 us
R8VCC
CIRCUIT R−L COMPARATEUR
Remarque : Dans ce TP les résistances R et R font 220 conformément à la notice5 6
technique du capteur. Le fabricant du télescope a employé des résistances de 100 . L’étude
théorique du montage avec ces valeurs conduit à une fréquence d’oscillation qui n’est pas
celle que l’on mesure lorsqu’on le réalise. C’est pourquoi cette solution n’a pas été retenue
pour ce TP.
3 Étude du ...

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Étude d'un astable
1 Principe Sur le télescope se trouve un capteur qui permet de détecter le nord magnétique. Ce capteur peut être assimilé à une bobine dont la valeur de l'inductance varierait en fonction de son orientation par rapport au champ magnétique terrestre. De la valeur de cette inductance dépend la fréquence d'un oscillateur R-L. C'est l'analyse par le PIC de cette fréquence qui permet la détermination du nord magnétique. Le TP porte sur l'étude de l'oscillateur R-L.
2 Schémade montage Dans la documentation technique fournie par le constructeur, le capteur magneto-inductif (PNI SEN-L) a une inductance comprise entre 1,75mHet 5,25mHet une résistance com-prise entre 110Wet 130W. Le schéma suivant est une simplification du schéma que l'on trouve sur la carte aligne-ment. En effet, dans ce dernier, le sens du courant dans le capteur est changé périodiquement par l'intermédiaire d'interrupteurs commandés, afin de s'affranchir d'une dérive en tempé-rature.
ue
R5L R iL 220W120W u5uLuR CAPTEUR DE NORD R6u6
CIRCUIT R-L
-¥ + + R7R9 100kW13.3kW us R8 VCC COMPARATEUR
Remarque :Dans ce TP les résistancesR5etR6font 220Wconformément à la notice technique du capteur. Le fabricant du télescope a employé des résistances de 100W. L'étude théorique du montage avec ces valeurs conduit à une fréquence d'oscillation qui n'est pas celle que l'on mesure lorsqu'on le réalise. C'est pourquoi cette solution n'a pas été retenue pour ce TP.
3 Étudedu circuit R-L22 pts Cette étude est celle du régime transitoire conduisant à l'établissement ou à la coupure d'un courant dans un circuit R-L.
TERMINALEGÉNIEÉLECTRONIQUE o Physique AppliquéeTP n5 : Étude d'un astable
11-10-2009 19:31
Thème 2010 (le télescope) Durée :4 hPage: 1/ 5
3.1 Préparationthéorique (pour le circuit R-L)14 pts On supposera que le courant a le temps de s'établir et de se couper sur chaque demi-période.
Le signalueest un signal en créneaux de fréquence 5kHzvariant de 0Và 5V. 1. Rappelerla grandeur ne pouvant subir de discontinuité pour une bobine.1pt 2. Àl'instantt=0,uepasse de 0Và 5V. (a) Donnerla valeur deueet deiLà l'instantt=avant la commutation).0 (1pt (b) Endéduire celles deu5,uRetu61ptau même instant. (c) Grâceà la loi des mailles, calculer la valeur deuL1ptau même instant. + (d) Donnerla valeur deueet deiLà l'instantt=0 (après la commutation) puis en déduire celles deu5,uR,u6etuL. 1pt + (e) Expliquerl'évolution deiLà partir de l'instantt=0 .1pt (f) Calculerle temps que mettra le courantiLà s'établir àILMAX(sa valeur maxi-male). 1pt (g) CalculerILMAX. 1pt (h) Endéduire l'évolution deu6pendant la première demi-période etU6MAX(sa valeur maximale).1pt T 3. Àt=,uepasse de 5Và 0V. 2 Faire l'analyse de la coupure du courant pendant la seconde demi-période. 4pts 4. Tracerl'allure deu6en concordance de temps avecuesur le document réponse de la page 5.1pt
3.2 Mesures(pour le circuit R-L)8 pts Dans le TP, le capteur magneto-inductif sera sera remplacé par une bobine (d'inductance L=3mHet de résistancer) en série avec une résistance réglableRVAR(qui sera ajustée de telle sorte que la résistance de l'associationR=r+RVARfasse 120W). 1. Mesurerà l'ohmmètre la résistance de l'association séri e d'une bobine d'inductance 3mHavec une résistance réglable ; ajuster cette dernière de telle sorte que la résistance de l'association fasse 120W. 1pt 2. Hors-tension,réaliser le montage (uniquement le circuit R-L) et afficher un signal ue(signal en créneaux variant de 0Và 5Vet de fréquence 5kHz1 de) sur la voie l'oscilloscope (sans l'appliquer au montage). 3. Fairevérifier le montage et le signal par le professeur, puis relever les oscillogrammes deueet deu6. 1pt 4. Comparerle résultat obtenu (allure,U6MAX, durée des régimes transitoires) avec celui de la préparation théorique.6pts
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Thème 2010 (le télescope) Durée :4 hPage: 2/ 5
4 Montagecomplet 18pts Le montage comparateur (étudié dans un autre TP) est alimenté sous (0V;VCC). Avec VCC=5V, sa caractéristique de transfert est la suivante : us(V) 5
0u6(V) UBUH 1 2 3 4 5
Les seuils du comparateur sontUB=0,17VetUH=1,43V.
4.1 Préparationthéorique (pour le montage complet)10 pts À partir du schéma complet et sachant queusvient de basculer de 0Và 5Vàt=0. 1. Endéduireu6àt=0. 1pt 2. Décrirel'évolution du système pourt>0 jusqu'au premier basculement deus. 1pt 3. Décrirel'évolution du système jusqu'au second basculem ent deus. 1pt 4. Calculde la période : La formule permettant de calculer la duréeDtnécessaire (à une tension qui évolue de façon exponentielle vers une valeur théoriquement atteinte au bout d'un temps infini) pour passer d'une valeur initiale, à une valeur particulière, est donnée sous la forme : UfUi Dt=tln( ) UfU0 ou bien, sous la forme : U¥Ui Dt=tln( ) U¥Uf Vous utiliserez la formule qui vous est familière. (a) Indiquerla formule utilisée et préciser avec quelle tension.1pt (b) CalculerTH, la durée de l'état haut deus. Préciser la valeur detet des autres termes de la formule.1pt (c) CalculerTB, la durée de l'état bas deus. Préciser la valeur detet des autres termes de la formule.1pt (d) Endéduire la périodeTdu signal et sa fréquence.1pt (e) MontrerqueTH=k1Let queTB=k2L; donner la valeur dek1et dek2. 1pt (f) MontrerqueT=kL; donner la valeur dek. 1pt 5. Traceren concordance de tempsusetu61ptsur le document réponse page 5.
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Thème 2010 (le télescope) Durée :4 hPage: 3/ 5
4.2 Mesures(pour le montage complet)8 pts On utilisera le circuit intégré TLC 3702 qui comporte deux amplificateurs opérationnels. Un seul sera utilisé dans le montage. Le second, bien que non employé, devra néanmoins être câblé comme suit : VCC=5V
S1 -¥ E 1 + + +¥-E 1 + + TLC 3702
4.2.1 Étudeexpérimentale avec une inductance proche de celle du capteur de nord On veut relever en concordance de temps les tensionsusetu6. 1. Hors-tension,réaliser le montage complet avec une inductanceL=3mHpuis faire contrôler le montage par le professeur. 2. Releverles courbes et les identifier.1pt 3. Mesurersur les courbes les seuils de commutation du trigger.2pts 4. Mesurerla période du signal et en déduire sa fréquence.2pts
4.2.2 Étudeexpérimentale avec une inductance variable Le capteur agit comme si son inductance variait en fonction du champ magnétique c'est à dire en fonction de son orientation par rapport au nord. Remplacer, dans le montage précédent, la bobine par une inductance à noyau réglable (L=0,13Hà 1,1Hetr=12W). Ajuster à nouveauRVARde telle sorte que la résistance de l'associationR=r+RVARfasse 120W3ptspuis compléter le tableau page 5.
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Thème 2010 (le télescope) Durée :4 hPage: 4/ 5
5 Documentsréponses 5.1 Étudedu circuit RL ue(2,5V/div) 5
t(50ms/div) u6(1V/div) 3 2 2 1 1 0 0t(50ms/div) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 50100 150 200 250 300 350 400 450 500
5.2 Étudedu montage complet us(2,5V/div) 5 1
0 t(5ms/div) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 u6(1V/div) 3 2 2 UH=1,43V 1 1 UB=0,17V0 0t(5ms/div) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 510 15 20 25 30 35 40 45 50
5.3 Montageà inductance variable L(enmH) 2001000 T(enms) f(enHz) 300
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Thème 2010 (le télescope) Durée :4 hPage: 5/ 5