ElectronS.R.L.
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1. R3 1K FIG 9 MEASUREMENT OF Re OSCBF9 On utilise ici les R sistances R2 100Q R3 1kQ et le potentiom tre P1 10kQ R gler l alimentation variable pour une valeur initiale de 10V Connecter un voltm tre aux bornes A et B du pont R gler P1 pour quilibrer le pont c est dire jusqu une lecture z ro V sur le Voltm tre Noter que quand le z ro est d pass le Voltmetre tend donner une indication n gative Une fois le pont est quilibr d placer la poign e de l alimentation r glable jusqu 5V et jusqu 15V et voir que l quilibre est maintenu quelle que soit la tension d alimentation Supposons que R2 est inconnu P1 est un potentiom tre lin aire avec une chelle gradu e 0 en position compl tement antihoraire et 10 en position compl tement horaire Si R4 est la lecture de l chelle quilibre R5 10 R4 est la course restante du potentiom tre La r sistance inconnue sera calcul e comme Ps eee R5 10 R4 R3 Comparez votre r sultat la valeur nominale de R2 1000 Echanger les positions de R2 et R3 dans le pont et r p ter les calculs Q uel est le nouveau r sultat Remplacer R2 avec une autre r sistance de l unit didactique et r p ter le mesure comme ci dessus 2 7 Lois de Kirchhoff Consid rons le circuit de la Fig 10 Nous allons utiliser cette organisation pour v rifier en pratique2. REVERSE BIAS FIG 19 TYPICAL DIODE CHARACTERISTIC Une tension de seuil dans la zone de conduction directe 1er quadrant de la Fig 19 Le seuil est typiquement 0 6 a 0 7V pour diodes au Silicium et 0 1 a 0 2V pour diodes au Germanium Une caract ristique de conduction tr s raide c est a dire une basse r sistance diff rentielle dans cette zone Une caract ristique inverse pratiquement plate jusqu a un point ou la destruction du dispositif peut se produire La tension inverse de claquage peut varier pour diff rents types de diodes de tres peu de dizaines de volts a plusieurs milliers de volts Le claquage inverse est destructif pour les diodes a l exception d un type particulier de diodes Zener qu on tudiera plus tard Une conduction mod r e dans la r gion inverse parfois appel e Courant de Fuite qui est pratiquement ind pendante de la tension inverse appliqu e Le Courant de Fuite est si faible qu on le peut pratiquement n gliger pour la plupart des applications L exercice propos consiste enregistrer point par point la caract ristique d une diode en utilisant le circuit de la Fig 20 R2 1000 i Re 100Q Oo Oo E W E W we io Toro PIY Le To 1ov PLY O O A B FIG 2Q CIRCUIT TO RECORD THE DIRECT A AND REVERSE B7 DIODE CHARACTERISTIC Re AND D1 ARE
3. FIG 12 SAMPLE NETWORK TO STUDY THEVENIN AND NORTON THEOREMS 05CJ212 Le Th or me de Th venin Le Th or me de Th venin tablit que sous certaines conditions voir votre manuel de th orie le r seau renferm dans la ligne en pointill de la Fig 12 quivaut un g n rateur id al de tension V en s rie avec une r sistance interne R Voir la Fig 13 Vago Est la tension entre A et B quand aucune charge n est appliqu e R peut tre facilement calcul par le rapport de V au courant de court circuit entre A et B Passons aux travaux pratiques d brancher R2 et mesurer V avec un Voltm tre en courant continu placer un Amp rem tre entre A et B et mesurer le courant de court circuit NOTE mettre des courts circuits dans les circuits lectriques est dans la plupart des cas une proc dure tr s dangereuse Les courants lev s g n ralement impliqu s peuvent endommager les composants et m me tre dangereux pour les personnes Ici nous pouvons le faire puisque nous connaissons le contenu de notre bo te noire le courant de court circuit sera limit par la pr sence de R1 et R3 en s rie avec le g n rateur N oubliez pas toutefois que ce n est pas vrai dans tous les cas Revenant notre travail Vaso ou Is courant de court circuit Is Les r sultats de vos mesures et le calcul sera environ le suivant Vigo 9 55V L 2 63mA 9 55 R 2 63 3 63Kohm Le r seau initia
4. FEGA ei CTRCUTET MO REC OR REVERSE B gt DIOD THE DIRECT A gt AND CHARACTERISTIC m VBREAKDOWN APPROX 4V7 V DIRECT BIAS Ca REVERSE BIAS FIGs2e TYRICAL D ODE i Vg APPROX 0 7V CHARACTERISTIC 1 11 La diode mettrice de lumi re LED Les diodes LED sont faites au lieu de Silicium ou de Germanium comme pour les diodes ordinaires d Ars niure de gallium GaAs Ce mat riel d ment dop et trait montre une caract ristique similaire a celle d une diode avec une typique tension de seuil pour conduction directe d environ 1 4V Quand ce type de diode est faite conduire dans la direction directe elle devient lectroluminescente La lumi re mise peut tre dans le domaine visible ou invisible infrarouge ou ultra violet mais est en g n ral concentr e dans une gamme limit e de longueur d onde Cette lumi re est donc dite tre monochromatique Plus commun ment ces diodes sont utilis es pour signalisation et sont fabriqu es pour mettre de la lumi re rouge verte ou jaune Les limites de fonctionnement pour les diodes LED sont typiquement les suivants Courant direct pour l mission de la lumi re 5 10mA min Courant direct maximum 40a 60mA Tension inverse maximum 10 30Vcc La configuration recommand e pour tester ce dispositif est montr e dans
5. Pour chaque point de r glage du potentiom tre il y aura une valeur diff rente de la puissance transf r e la charge Cette puissance peut tre calcul e comme suit Ve Va ER P Vip loan Vag AE L AB LOAD AB R R Rs Fa R Il peut facilement tre d montr math matiquement que le maximum transfert de puissance du g n rateur la charge se produit pour une valeur de la charge R R Dans ce cas le transfert de puissance devient E Di n tops MAX 4R L L exp rience consiste mettre en place le circuit de la Fig 14 o une r sistance de 4K7 simule la r sistance en s rie du g n rateur id al E Pour les diff rent r glages de P diff rentes valeurs de R mesurer le courant et la tension sur la charge et calculer la puissance dans la charge Tracer la courbe puissance dans la charge en fonction des valeurs de R pour obtenir un graphique comme celui de la Fig 15 V rifier que le transfert de puissance maximum est pour R 4K7 FIG 13 PG ee Also Rg 4K7 gt L FOR THE DEFINITION OF DC POWER TRANSFE Rs 4K7 T A TQ O LOKA O FIG 14 CIRCUIT WITH A VARIABLE LOAD A PMAX gt RLOAD 4K7 10K LOT OF POWE TRANSFERRED TO THE LOAD ERSUS LOAD ESISTANCE l
6. Pr parer l appareil comme le montre la Fig 3 p y y 12 13 E ii R2 R3 asv 100n 1Ka y FIG 3 OSCBF3 TD ESISTORS IN PARALLEL Utiliser une tension d alimentation de 5V L utilisation d une tension plus faible que le cas pr c dent est pour viter un exc s de courant dans les r sistances en parall le Mesurer le courant circulant dans chaque r sistance en d branchant temporairement le cordon et en ins rant l amp rem tre en s rie Mesurer le courant total tir de l alimentation V rifier que le 12 13 5V _ R2 R3 4 R2 R3 2 3 Diviseur de tension La Fig 4 montre un Diviseur de tension qui peut tre mis en place avec les composants de l unit didactique Calculer la tension attendue Vo en fonction de la tension d entr e V et les valeurs des composants R1 4 7kQ R3 1kQ R4 10kQ R4 Vo l R1 R3 R4 V rifier votre r sultat par des mesures r elles sur le circuit Appliquer pour Vi une tension de 15V A R1 4K7 R3 1K Vi R4 10K Vo FIG 4 THE VOLTAGE DIVIDER SCBF4 2 4 Diviseur de tension charg Avec la m me configuration que dans le cas pr c dent Fig 4 mettre V 15V et mesurer Vo Connecter une r sistance de 47KQ comme charge pour le Diviseur de Tension Fig 5 La tension de sortie est chang e Mesure et enregistr
7. 1kQ Noter que a la r sonance le courant de r sonance circule en L1 C2 R1 La valeur de ce courant est limit e par la r sistance de la boucle c est dire R1 la r sistance s rie parasite en L1 et C2 Moins grande est R1 plus haut est le pic de r sonance R1 ne peut toutefois tre trop basse afin de ne pas trop charger le g n rateur qui alimente le circuit r sonant Pour la m me raison le signal de sortie afin de d tecter la r sonance n est pas pris aux bornes de R1 le signal est trop faible ici mais aux bornes de C2 La courbe habituelle en forme de cloche sera comme montr e dans la Fig 5 Maintenant passer l exp rience Calculer la fr quence de r sonance pr vue Choisir une gamme de mesure de 1 d cade au dessous 1 d cade au dessus de la fr quence de r sonance f pr vue puis s lectionner 10 valeurs de fr quence pratiques au sein de cet intervalle pour faire les mesures Chaque mesure consiste r gler le g n rateur pour les fr quences choisies et pour une amplitude constante de 10Vpp travers toute l exp rience La tension de sortie Vo est enregistr e chaque tape de mesure Tracer les r sultats dans un graphique qui devrait rassembler a celui de la Fig 5 Sur ce graphique marquer la fr quence correspondante l amplitude maximale et comparer cette valeur la valeur pr vue fo V Sur le m me graphique dessiner une ligne horizontale une h
8. Batteries en s rie 4 3 Batteries en parall le 5 CIRCUITS EN COURANT ALTERNATIF RESISTANCE REACTANCE ET PUISSANCE EN COURANT ALTERNATIF 5 1 R seaux R L C en courant alternatif 5 2 Puissance en courant alternatif 5 3 R seaux CR et RC avec signaux sinusoidaux 5 4 Circuits CR et RC avec signaux puls s 6 RESONANCE 6 1 Mesure d inductance 6 2 Circuit r sonant LC parall le 6 3 Circuit r sonant LC s rie 7 LE TRANSFO RMATEUR 7 1 G n ralit s 7 2 Connexion en s rie parall le des secondaires du transformateur 7 3 R sistance interne quivalente du transformateur 8 CONVERSION COURANT ALTERNATIF CO URANT CONTINU 8 1 Le redresseur demi onde 8 2 Le redresseur pleine onde 8 2 1 Le redresseur pleine onde point m dian 8 2 2 Le redresseur pleine onde a pont 8 2 3 Redresseur pleine onde avec condensateur de lissage 8 2 4 Redresseur pleine onde avec cellule de filtrage LC 8 3 Doubleur de tension INTRO DUCTION L unit didactique A1105 C est une collection compl te d outils de formation mise en oeuvre sous une forme modulaire qui couvre la gamme de l lectrophysique circuits en courant continu et courant alternatif jusqu des applications d lectronique g n rale L unit didactique se compose d une collection de circuits sur une seule carte de grande taille La carte comprend les composants et les dispositifs n cessaires pour r aliser les exp riences avec une
9. Placer les batteries en s rie augmente la tension disponible Chaque batterie a un circuit quivalent compos d un g n rateur de tension avec une r sistance interne en s rie Voir la Fig 3 OK O O EE T R R1 Rp Ve Vi os O O O FIG 3 BATTERIES IN SERIES SCFD3 La disposition r sultante quivaut a un g n rateur dont la tension en boucle ouverte est gale a la somme alg brique des g n rateurs individuels et la r sistance interne est gale a la somme des r sistances des g n rateurs Ces affirmations peuvent tre exp riment es avec un voltm tre pour la tension r sultante et avec la m me proc dure de l exp rience pr c dente pour la r sistance 4 3 Batteries en parall le Voir la configuration montr dans la Fig 4 E Ep fe RitRe FIG 4 BATTERIES IN PARALLEL En r gle g n rale les batteries NE DOIVENT JAMAIS tre plac es en parall le Deux batteries m me si de la m me marque m me type m me histoire etc ne sont jamais identiques Elles ont des tensions l g rement diff rentes Q uand elles sont connect es en parall le un courant va circuler limit seulement par la r sistance interne qui est en g n ral assez faible i E E R1 R2 Le courant peut facilement atteindre valeurs assez lev s pour d truire rapidement les deux batteries La situa
10. L amplitude sera maintenue 10 Vcc r ajust e chaque tape si n cessaire A chaque tape enregistrer le courant Enfin tracer les r sultats dans des graphiques qui devraient rassembler ceux des Fig 4 5 6 Utiliser pour l axe horizontal fr quence une chelle logarithmique R A gt f 50 FIG 4 XL A f 50 PobiGie 3 XC f 50 FIG 6 Calculer la capacit C et l inductance L 100Hz avec la formule suivante X Jol X si where w 2nf and J 1 R p ter l op ration pour par exemple 10KHz Observer que tandis que les valeurs pour C calcul es 100Hz et 10KHz sont substantiellement similaires les valeurs pour L montrent une plus grande diff rence Cela est d la caract ristique d pendante de la fr quence des mat riaux magn tiques 5 1 R seaux R L C en courant alternatif Les Figures 7 9 11 13 montrent 4 exemples de r seaux l mentaires en courant alternatif que nous tudierons dans cette exp rience Ce sera fait en utilisant les composants fournis avec l unit didactique Pour l inductance L on devrait utiliser la valeur obtenue de l exercice du paragraphe pr c dent Les valeurs de L pour diff rentes unit s didactiques peuvent diff rer significativement cause des grandes tol rances dans le processus de construction de ce composant Proc der comme suit Etape 1 Pour le circuit de la Fig 7 r gler le g n rateur pour par ex
11. Tout se d roule exactement comme pour le cas du th or me de Th venin En effet les deux th or mes sont deux diff rentes formulations de la m me id e de base sur la fa on de produire des circuits quivalents de r seaux de n importe quelle structure 3 MESURES EN CO URANT CONTINU 3 1 Instruments de mesure pour courants et tensions continus L instrument de mesure de base pour courant continu se compose d une bobine de fil mince immerg e dans un champ magn tique dont les lignes de flux ont une g om trie appropri e Quand un courant circule dans la bobine une action m canique est g n r e tendant maximiser le flux intercept par la bobine La force m canique est contrast e par un ressort et le mouvement de la bobine est une indication de l intensit du courant L instrument de base est construit dans une vari t de formes mais son principe est toujours le m me et le plus important pour notre tude maintenant est que cet instrument est un MICRO AM PEREM ETRE Les instruments de type industriel sont normalement construits pour une d viation pleine chelle avec 10 20 50 100pA 3 2 Le Volim tre Afin de transformer le microamp rem tre de base en un Voltm tre une r sistance doit tre ajout e en s rie Avec cette exp rience nous allons d abord mesurer la r sistance interne d un voltm tre et ensuite apprendre comme tendre la gamme de mesure d un voltm tre Se r f rer la Fig
12. c dents de la batterie Une batterie fournissant un courant constant et mod r dure plus en termes d Ah d une batterie alimentant la m me charge en rafales intenses de courant 4 1 R sistance interne d une batterie L unit didactique comprend 2 batteries du type commun ment utilis en appareils lectroniques portables Nous allons mesurer la r sistance interne d une d elles Le principe de mesure consiste charger la batterie avec une r sistance qui absorbe un courant coh rent avec la taille de la batterie Dans notre cas une r sistance de 10Q est appropri e puisque la tension nominale de la batterie est del 5V etle courant sera pourtant 150mA environ Evidemment les choses sont diff rentes si l on mesure la r sistance d une batterie de camion de grande taille La configuration pour cette proc dure est montr e dans les Fig 1 et 2 O O R Ol O O FIG 1 EQUIVALENT CIRCUIT OF A BATTERY v RL 100n TD FIG 2 MEASUREMENT OF INTERNAL RESISTANCE OF A BATTERY Mesurer la tension de la batterie a vide E Connecter la charge Mesurer le courant I et la nouvelle tension aux bornes de la batterie V1 La chute de tension E V est gale au produit du courant par la r sistance interne E V Rel Cette quation peut tre utilis e pour calculer Ri 4 2 Batteries en s rie
13. incandescence est tr s sain pour la lampe elle m me prenons le cas d une lampe Coefficient de temp rature n gatif connect e au secteur Une l vation accidentelle de la tension de ligne augmenterait la temp rature de la lampe ce qui abaisserait sa r sistance la lampe tirerait plus de courant et de puissance de la ligne Cela causerait son tour une nouvelle augmentation en temp rature du filament r duisant sa r sistance ce qui finalement provoquerait sa destruction gt I mA FIG 7 V I PATTERN FOR THE INCANDESCENT LAMP 1 5 R sistance diff rentielle De l exp rience du paragraphe pr c dent nous avoir vu un cas de r sistance non lin aire et nous avoir enregistr pour elle une Caract ristique V I rassemblant celle de la Fig 7 reprise ci dessous V volt A 18 I ma FIG 7 V I PATTERN FOR THE INCANDESCENT LAMP Puisque la caract ristique n est pas lin aire on peut dire que la r sistance du dispositif change de fa on continue a chaque point de la caract ristique c est a dire R R V Nous devons pourtant raffiner l g rement notre d finition pr c dente de r sistance comme un rapport de V I dans l une des deux fa ons suivantes Supposer que la lampe soit aliment e une certaine tension par exemple 10V Dans ces conditions la lampe absorbe disons 50mA La lampe appara t comme une r sistance de 10 50 2
14. rem tre doit tre connect en s rie avec le conducteur o le courant doit tre mesur Mettre un amp rem tre en parall le une source de tension est une erreur qui d habitude a pour r sultat la destruction imm diate du m me Utiliser R1 10Q comme r sistance de charge Ins rer l instrument dans le circuit respectant les polarit s indiqu es en Fig 2A Cet exercice l mentaire montrera quelques faits de base sur les circuits lectriques Une tension existe entre les bornes d un g n rateur et elle est mesurable par un Voltm tre Un courant circule quand un g n rateur est ferm sur une charge et il est mesurable par un Amp rem tre 1 1 Polarit des tensions et des courants continues Se r f rer encore la Fig 2A Le deux bornes d un g n rateur de courant continu sont conventionnellement indiqu es par un PLUS et un MOINS Un courant POSITIF sort de la borne positive du g n rateur passe travers la charge et entre dans la borne du g n rateur Puisque un courant peut tre consid r comme un mouvement de charges positives lectriques on peut dire que le G n rateur est un dispositif capable de g n rer internement des charges positives de sa borne a sa borne gr ce un m canisme interne que nous ignorons pour le moment De la m me mani re nous pouvons red finir une r sistance de charge comme capable de laisser circul
15. 1A L E 2 90V 2 9V F S FIG 1A CONNECTION OF THE VOLMETER Ici le testeur portable de l unit didactique est r gl pour mesure de tension continue 2 5Vcc pleine chelle et est connect la sortie variable de l alimentation Cette derni re est ajust e pour fournir une d viation pleine chelle de 250 unit s Le voltm tre appara t sch matis comme un microamp rem tre compl tement d vi plus une r sistance en s rie inconnue pour le moment Voir la Fig 1B r l R sev a AE FIG 1B EQUIVALENT CIRCUIT OF FIG 1A Dans la Fig 2 ci apr s une r sistance de 100kQ est connect e en s rie avec le voltmetre et l indication de l instrument tombe des 250 unit s d origine une valeur de K unit s T sev a Ri R 100K 2 0V F S FLG 2 MEASUREMENT OF R4 Nous pouvons crire 2N _ 250 units ao K units R R Et donc RK R R 250 L exercice suit donc les tapes suivantes R gler le testeur pour 2 5Vcc pleine chelle et le placer a la sortie de l alimentation variable R gler cette derni re pour une d viation pleine chelle Ajouter une r sistance de 100k en s rie disponible sur l unit didactique Lire la nouvelle indication K unit s Ins rer ces valeurs 100kQ pour R et K pour K dans la formule de R Deuxi me partie de
16. Cette premi re exp rience n est pas strictement partie de l tude de la r sonance mais les r sultats des mesures effectu es dans cette exp rience seront n cessaires pour les suivantes L inducteur de l unit didactique se compose d une bobine enroul e sur un noyau de fer feuillet Un entrefer est pr vu dans le circuit magn tique par l interposition d une mince couche de mat riau isolant entre 2 tron ons cons cutifs Cela emp che l inducteur de la saturation jusqu au moins 10Vpp de signal alternatif appliqu L inducteur ayant un noyau ferromagn tique a une inductance L remarquablement d pendante de la fr quence du courant magn tisant Le but de cette exp rience est de mesurer inductance dans la gamme 50Hz 3kHz qui est la gamme d un int r t particulier quand on utilise ces composant au cours des exp riences ult rieures Utiliser la configuration de la Fig 1 A R1 10K SINEWAVE 1 Vpp e Vi ________ 5 Hz 3KHz A FIG 1 MEASUREMENT 00 INDUCTANC Appliquer une sinusoide d amplitude constante a des fr quences de 50 100 200 500 1000 1500 2000 2500 3000Hz A chaque point de mesure enregistrer Vo et ensuite calculer X comme suit M XL Vo X bis R X Vi Vp Sur cette base calculer l inductance avec la formule X X 2nf Reporter les valeurs de L dans un graphique ayant la fr quence sur l axe horizontal 6 2 Circu
17. Enfin d brancher la r sistance de charge R10 Le condensateur C7 n est donc plus d charg entre chaque cycle d onde et la tension de sortie apparait comme une tension continue dont la valeur est deux fois le cr te de la tension sinuso dale 2 x 14V x 1 41 39 48V pour le cas ou la tension d entr e Vg est de 14Vca Viens Vos 2Vy EZ ee ee eee VM Vex1 41 PGs Les WAVES OF TH HAPES AT THE VARIOUS POINTS EB CLRCULT
18. Py 5 3 R seaux CR et RC avec signaux sinuso daux Les Figures 23 et 24 montrent les circuits l tude C 100KpF CON IRC Fire R 1K Co TS adage lt 9 FIG 24 Les deux circuits tudier sont respectivement des cellules passe haut et passe bas L exercice consiste maintenant enregistrer la caract ristique d amplitude des deux cellules dans la gamme de fr quence de 10Hz 100kHz Tracer les r sultats sur un graphique ayant pour l axe des fr quences une chelle logarithmique et marquer les fr quences de coupure Afin de proc der consid rer les notes suivantes Effectuer les mesures fr quences opportun ment situ es entre la gamme 10Hz 100kHz par exemple 100 200 300 400 600 800Hz 1KHz 2K 3K 4K 6K 8K 10K 20K 30K 40K 60K 80K 100KHz Maintenir constante l amplitude de la tension d entr e par exemple 10Vpp afin de simplifier les calculs R ajuster le g n rateur a chaque tape si n cessaire pour maintenir une amplitude constante Une fois rassembl es les donn es calculer l att nuation chaque point de mesure par la formule V A 20logi9 a Vj Puis tracer les donn es sur un papier semi logarithmique axe horizontal logarithmique en graphiques qui devraient rassembler a ceux des Fig 25 et 26 Vu CA Vymax V Vymax V2 mean f fT FIG 25 VU CA Vymax V Vyma
19. R La Figure 1 montre que la tension totale V se divise sur les r sistances en s ries en proportion directe aux respectives r sistances Il s agit d un Diviseur de tension La Figure 2 montre que le courant se divise en chaque r sistance en parall le en proportion inverse de chacune r sistance II s agit d un Diviseur de courant L exercice consiste mesurer tensions et courants en exemples de circuit s rie et parall le et ensuite calculer la r sistance quivalente 2 1 Circuit s rie R3 V3 HI ie FIG 1 RESISTORS I SERIES Pr parer l appareil comme montr dans la Fig 1 r p t e ici pour plus de commodit Utiliser R1 R2 et R3 de l unit didactique qui sont des r sistances de respectivement 10 100 et 1000Q R gler la tension 15V Mesurer le courant circulant dans la s rie des 3 r sistances 13 5mA Mesurer la tension aux bornes de chacune des 3 r sistances V rifier que V1 V2 V3 15V La s rie des 3 r sistances est donc quivalente une r sistance qui absorbe 13 5mA quand elle est soumise une tension de 15V ses bornes Sa r sistance est pourtant ac Sig 13 5mA Cette valeur est gale a la somme des valeurs des 3 r sistances R R1 R2 R3 R 10 100 1k 1 11kQ Cela prouve que la r sistance quivalente des r sistances en s ries est gale a la somme des r sistances 2 2 Circuit parall le
20. la Fig 23 tandis que la Fig 24 montre la typique Caract ristique V I R3 1K R3 1K ees R FAN N E E ee QAR 0 TO 15V 0 TO 15V A O O A B FIG 23 CIRCUIT TO RECORD HE DIRECT A AND REVERSE B gt CHARACTERISTIC OF LED OSCF23 DIRECT BIAS O a Gs E VBREAKDOWN Se ye lt 30V y a i G Vg APPROX 1 4V 10 J l4 REVERSE BIAS FIG 24 TYPICAL CHARACTERISTIC OF THE LED DIODE 2 RESISTANCES EN SERIE ET EN PARALLELE R3 V3 R1 VI FIG 1 RESISTORS I SERIES Quand deux ou plus r sistances sont connect es en s rie Fig 1 elles portent le m me courant La chute de tension aux bornes de chaque r sistance est gale au courant multipli par la valeur de la r sistance de chaque r sistance et la tension totale est V V1 V2 V3 I R1 1 R2 1 R3 1 R1 R2 R3 La r sistance quivalente la s rie des trois est pourtant R R1 R2 R3 Quand deux ou plus r sistances sont connect es en parall le Fig 2 elles sont aliment es par la m me tension FIG 2 RESISTORS IN PARALLEL Le courant total est la somme du courant port par chacune d elles c est dire V V V Rl R R3 La r sistance quivalente est pourtant ose ee ine a R1 R2 R3
21. la forme d onde de sortie Ceci est indiqu dans la Fig 6 Un inconv nient de ce circuit dans son utilisation pratique est qu il n cessite un transformateur sp cial avec deux secondaires et une prise m diane Vo A gt t FIG 6 OUTPUT WAVESHAPE FROM THE CIRCUIT OF FIG S 8 2 2 Le redresseur pleine onde pont La Figure 7 montre le circuit l tude La forme d onde de sortie est le m me que celle indiqu e par la Fig 6 oO Di bs 12 TO 17VAC BY a R3 1K De V D4 y 4 FIG 7 FULLWAVE BRIDGE CIRCUIT SCFL7 8 2 3 Redresseur pleine onde avec condensateur de lissage La Figure 8 montre un condensateur de lissage connect a la sortie du redresseur Ici on utilise le pont redresseur mais rien ne changerait dans l exp rience si le redresseur a point m dian tait utilis a la place 12 TO 17VAC DA 03 Fa o Ga gt _ i i Fe el R3 1K D2 D4 FIG 8 FULLWAVE ECTIFIER WITH SMOOTHING CAPACITOR pu Q SCFL8 La Figure 9 montre la forme d onde de sortie VLOAD OUTPUT RIPPLE VOLTAGE Q 7 ES DIODES D3 D6 DIODES D4 D5 CONDUCTING CONDUCTING FIG 9 OUTPUT WAVESHAPE Les observations a effectuer sur la forme d onde de sortie incluent la mesure de la valeur moyenne de la tension et celle de la tension d ondulation Note afin de mesurer la
22. par opposition au cas 2 o le d phasage tait de 90 en retard Mettre en place ce circuit en utilisant pour C le condensateur de 100KpF int gr dans l unit didactique On NEY ce gn v VG VL gt FIG 19 CIRCUIT UNDER STUDY FIG 20 VECTOR DIAGRAM Exercice mesure V et calculer la puissance r active Cas 4 La Figure 21 repr sente le circuit l tude et la Fig 22 le relatif diagramme vectoriel Cnr 5 G a IR VG I q A A a a a U FIG 21 CIRCUIT UNDER STUDY FIG 22 VECTOR DIAGRAM Mettre en place le circuit en utilisant R 1KQ C 100KpF L mesurer Dans ce circuit les courants r actifs se soustraient et le r sultat est l l montr avec 90 de retard sur Vg Le courant actif I et le courant r actif I Ic donnent pour r sultat le courant total l La puissance active fournie par la charge est P lpVc La puissance r active qui int resse le g n rateur est Q l lc Ve Il y a une ult rieure puissance r active allant en avant et en arri re entre C L sans int resser le g n rateur gale CI Ve Le Puissance Apparente concernant le g n rateur est Pa le Ve yP Q Une fois d fini l angle de phase 6 comme dans la Fig F P et Q peuvent tre crites comme P P coso Q P sin P tango Dans le circuit l tude mesurer les courants et tensions puis calculer P Q
23. tension d ondulation de sortie mettre l oscilloscope en mode d entr e AC et utiliser une chelle verticale de 100mV cm 8 2 4 Redresseur pleine onde avec cellule de filtrage LC Le sch ma a l tude est montr dans la Fig 10 La cellule de filtrage LC plac e entre la sortie du redresseur et la charge substantiellement agit comme un filtre passe bas supprimant l ondulation superpos la tension continue Cette derni re appara t en effet remarquablement plate L1 12 TO 17VAC N L c L C7 Ly R3 470uF amp 470uF H 1K DIODE BRIDGE FIG 10 CIRCUI UNDER STUDY OSCFL10Q 8 3 Doubleur de tension La Figure 11 montre le circuit l tude La tension sinuso dale est appliqu e entre A et B Pendant les demi ondes n gatives D1 conduit et C6 se charge jusqu la cr te de la tension sinuso dale La diode D2 rectifie ce signal et charge C7 la valeur de cr te gale 2Vy La tension entre les points C et B appara tra pourtant comme indiqu dans la Fig 12 C6 470p D2 R10 2K2 2W A g D VG a2 CHI OSCILLOSCOPE 12 To 17vAcC VY D1 Lc CND 470p Tf B FIG 11 THE VOLTAGE MULTIPLIER OSCFL11 Afin d tudier le circuit connecter le comme montr dans la Fig 11 puis tudier les formes d onde aux diff rent points de mesure avec l oscilloscope et mesurer les tensions
24. tension de sortie en fonction de l angle 2 6 Pont de Wheatstone L unit didactique comprend les quipements pour exp rimenter les propri t s du Pont de Wheatstone La Figure 8 repr sente le Pont A AT BALANCEMENT Vas 2 R1 R2 RS RA a e aE VAB VSUPPLY i es R4 J EATSTONE BRIDG FIG 8 THE W Le pont est dit quilibr quand VA VB c est dire V R2 V R4 R1 R2 R3 R4 D ici avec un peu de passages math matiques nous obtenons la condition pour l quilibre du pont R1_R3 R2 R4 L quation nous montre ce qui suit La condition d quilibre Va g 0 une fois tablie se maintient quelle que soit la tension d alimentation Changements d rives erreurs dans la tension d alimentation n affecteront pas les r sultats et les mesures effectu s sur un pont quilibr Si l une des 4 r sistances du pont quilibr est inconnue elle peut tre calcul e connaissant la valeur de l une des autres et le rapport des deux autres Gr ce aux deux propri t s qu on vient d exprimer le Pont de Wheatstone dans une infinie vari t de formes est probablement l un des circuits plus utilis s en lectronique Dans cette exp rience nous examinerons ces propri t s en pratique Pr parer un circuit d essai comme le montre la Fig 9 Re R4 B 10V CN all z S TO 15V m AT Re A FANS RS
25. 000 ce point seulement Si nous dessinons la caract ristique V I pour une r sistance de 200Q dans le m me graphique de la Fig 7 sur verra que les deux caract ristiques se croisent au point de coordonn es 10V 50mA voir Fig 8 v volt A 12 10 I mA Q 50 FIG 8 DC EQUIVALENT RESISTANCE AT 10V OPERATION Supposer que la lampe soit aliment e 10V et absorbe 50mA Nous changeons la tension d alimentation 11V et nous mesurons un nouveau courant de par exemple 58mA voir la Fig 9 t Hs t gt IT mA 0 1107 I11 J S mA 58mA FIG 9 DEFINITION OF DIFFERENTIAL RESISTANCE AT 10V On d finit RESISTANCE DIFFERENTIELLE de la lampe a 10V le rapport AV 11 10 Roirr hov 10V 91956 Al 58 50 8 Calculer comme exercice la r sistance diff rentielle de votre lampe a 2 4 6 8 10V La d finition de r sistance diff rentielle peut appara tre peu maniable et pas tr s utile ce point du cours toutefois le concept r apparaitra souvent quand on traite de signaux dans les circuits lectroniques Pour le moment il suffit que l tudiant prenne possession de l id e et comprenne le principe 1 6 Le thermistor CTN Les thermistors sont un type particulier de r sistance sp cialement fabriqu e pour avoir une caract ristique fortement d pendante de la temp rature Ils peu
26. CIRCUIT TO STUDY REAL GENERATORS SCFCS Au d but on mesure la tension entre A et B a vide Deuxi mement nous mesurons le courant de court circuit de la source c est a dire le courant circulant entre A et B en court circuit Note ceci est tr s dangereux de faire dans un cas concret sauf quand nous sommes s rs que des niveaux de faible puissance sont impliqu s et quand nous sommes s rs qu aucun dommage ne se produira en court circuitant les deux bornes N ous tra ons les deux valeurs dans un graphique comme celui de Fig 6 puis on tire une ligne entre les deux points C est la caract ristique de notre g n rateur r el OPEN CIRCUIT VOLTAGE SHORT CIRCUIT CURRENT FIG 6 CHARACTERISTIC OF THE EQUIVALENT GENERATOR Une caract ristique de ce genre pourrait bien tre donn e par les circuits de la Fig 7 et 8 Ces deux sont les circuits quivalents de notre source et nous pourrons utiliser ces deux sch matisations dans tous les calculs concernant la solution du circuit Rs Vopen Ishort O ane O8 FIG 7 EQUIVALENT VOLTAGE GENERATOR WITH SERIES RESISTANCE Oa Ishort i Rp Vopen I short Os FIG 8 EQUIVALENT CURRENT GENERATOR WITH PARALLEL RESISTANCE Proc der avec le travail pratique en mettant en place l appareil comme dans la Fig 5 puis mesurer la tension en circuit ouvert et le courant de court circuit Mettre ces valeurs
27. Design Production amp Trading of CC J Oni Educational S R L Equipment A1105 C UNITE DIDACTIQUE ELECTRICITE DE BASE MANUEL D IN STRUCTIO NS Electron s R L MERLINO MILAN ITALIE Tel 39 02 90659200 Fax90659180 Web www electron it e mail electron electron it A1105C_05_06 D0 C 05 2006 SO MMAIRE INTRO DUCTION NOTES PO UR L UTILISATIO N 1 TECHNOLOGIE EN COURANT CONTINU 1 1 Polarit des tensions et des courants continus 1 2 R sistance ohmique 1 3 Loi d Ohm 1 4 R sistance non lin aire la lampe incandescence 1 5 R sistance diff rentielle 1 6 Le thermistor CTN 1 7 La r sistance a coefficient de temp rature positif C TP 1 8 La Photor sistance LDR 1 9 La caract ristique de la diode 1 10 La caract ristique de la diode Zenel 11 La diode mettrice de lumi re LED 2 RESISTANCES EN SERIE ET EN PARALLELE 2 1 Circuit s rie 2 2 Circuit parall le 2 3 Diviseur de tension 2 4 Diviseur de tension charg 2 5 Le potentiom tre 2 6 Le pont de mesure de Wheatstone 2 7 Lois de Kirchhoff 2 8 Th or mes de Th venin et de Norton 3 MESURES EN COURANT CONTINU 3 1 Instruments de mesure des courants et des tensions continues 3 2 Le Voltm tre 3 3 L Amp rem tre 3 4 Circuit quivalent d un g n rateur 3 5 Puissance en courant continu transfert de puissance 4 BATTERIES 4 1 R sistance interne d une batterie 4 2
28. ON BOARD THE M12 MODULE Le tension d entr e doit tre r gl e pat tapes de 0 10V pour explorer la zone de conduction directe et de 0 a 10V pour explorer la zone de conduction inverse Les r sultats devraient tre trac s dans un graphique dont l aspect devrait tre comme en Fig 19 1 10 La caract ristique de la diode Zener La Diode Zener est une diode fabriqu e pour avoir un claquage inverse non destructif La caract ristique de ce dispositif rassemble celle de la Fig 22 o la tension inverse de claquage peut varier selon le type de diode de peu de volts plusieurs dizaines La Diode Zener de l unit didactique a une tension de claquage inverse nominale de 4 7V L exercice propos consiste enregistrer point par point la caract ristique du dispositif avec la m me configuration utilis e pour l enregistrement de la caract ristique de la diode non Zener Ici toutefois la valeur de la r sistance s rie de limitation de courant est port e 1kQ pour un fonctionnement s r de la Diode Zener dans la r gion inverse Le courant de claquage inverse pour ce dispositif ne devrait en effet pas d passer un maximum d environ 50mA en tout cas Les Figures 20 et 21 montrent la configuration de test et la Fig 22 les r sultats attendus R3 1K R3 1K fus A CAA N 1 Rire LR D1 D1 o C tle AA 0 TO 10V 0 TO 10V O r O CAS B
29. SOLUTION OF TH PROB LEM Ishort E GENERATOR LOAD L intersection est le seul point o le g n rateur et la charge ont la m me tension et le m me courant 2nd contr le Voir encore la Fig 5 Dans le cours de th orie nous avons appris que l imp dance interne de la source comme on la voit de AB est R3 R4 Rohe R3 R4 Faisons le calcul puis voyons si le r sultat est coh rent avec la valeur de Rs obtenue a partir de nos mesures pr c dentes 3 5 PUISSANCE EN COURANT CONTINU TRANSFERT DE PUISSAN CE Le fait qu un courant circule dans un circuit ou dans une partie de celui ci implique l existence d un transfert d nergie d une partie du circuit l autre Prenons le simple cas de la Fig 13 Ici le g n rateur fournit nergie ou puissance la charge R La quantit de puissance qui s coule du c t du g n rateur au c t de la charge travers la section A B est gale au produit de la tension entre A et B par courant qui circule dans le conducteur A ou dans le conducteur B Noter que la puissance d livr e par le g n rateur est gale la puissance absorb e par la charge Dans le circuit de la Fig 13 mesurer V et I et calculer la puissance absorb e par la r sistance de charge Comme une nouvelle tape supposons de remplacer la charge fixe R 1K avec une charge variable En pratique cela peut tre fait en rempla ant R avec le potentiom tre de 10K disponible Voir la Fig 14
30. THE TRAINER USE FOR R RESISTOR R3 OF ODULE Mle 1K FIG 3 RECORDING THE V I CHARACTERISTIC FOR RESISTOR R Dans ce circuit le g n rateur repr sente l alimentation r glable fournie avec l unit didactique tandis que R est la r sistance R3 de l unit didactique R gler la tension du g n rateur de 2V 15V par tapes de 1 Volt et enregistrer l indication de l amp rem tre en effet un milliamp rem tre chaque tape Tracer les r sultats dans un graphique qui montre le courant sur l axe horizontal et la tension sur l axe vertical Fig 4 Le graphique devrait rassembler celui de la fais 12 F 10 gt 6 44 2 R3 1K R2 100n FIG 4 GRAPH OF TH FOR N otez les points suivants mA 10 mA gt I mA 2 4 6 8 10 12 ERISTIC ESISTORS E V I 100 OHM AND CHARACT 1K OHM R Le courant augmente quand la tension augmente Si la tension double par exemple de 5V a 10V le courant double aussi de 5 On peut dire que dans notre circuit l essai les tensions et les courants sont Proportionnels En d autres termes leur rapport est une constante Cette constante de proportionnalit s appelle RESISTANCE et est indiqu e par le symbole R V I R Loi d O hm La r sistance est mesur e en O hms Q La r sistance d un Ohm est celle d un composant qui laisse passer 1 Amp re avec une tension de 1 Volt a ses bornes Si le c blage du cir
31. auteur de Max L intervalle de fr quence f gt f1 est la BANDE PASSANTE v2 B f2 fi Le rapport entre la fr quence de r sonance et la bande passante est le FACTEUR DE Q UALITE Q fo B FIG S EXPECTED RESULTS FOR THE EXPERIMENT 7 LE TRANSFO RMATEUR 7 1 G n ralit s L unit didactique comprend un transformateur c a sorties secondaires de basse tension pour Un Convertisseur c a c c pour produire une tension continue r glable telle que requise pour les exp riences Deux sorties 14V nominal pour les exp riences n cessitant une tension alternative La Figure 1 montre le sch ma du transformateur dont les donn es techniques sont les suivantes Bobine primaire 250V nominal 1 secondaire 17V 0 5A max 2 secondaire 14V 0 5A max 3 secondaire 14V 0 5A max Les trois courant de sorties maximum ne sont pas permis simultan ment Puissance nominale totale 10VA Fr quence de fonctionnement 50 60Hz PRIMARY COLE AC MAINS FEG gt OSC106 AC CONV o DC ERTER o O 14V E2 END o S2 STA SCH 14V OF THE END o S1 STA ON BOA RD TRANSFO RM Cet l ment fournit des DC OUTPUT RT OF WINDING RT OF WINDING m pu 7 2 Connexion S rie Parall le des secondaires du trans
32. cient du fait qu une tension excessive appliqu la CTP peut g n rer une surchauffe nuisible de la m me et le risque potentiel de br lures Ne jamais utiliser avec la configuration de la Fig 15 des tensions plus hautes de 15 18V Mettre imm diatement hors tension le circuit si l on remarque une surchauffe Ne laisser pas le circuit aliment et sans surveillance L essai du dispositif est fait en appliquant une tension continue qui augmente par tapes de 1V 10V A chaque tape on doit attendre un certain temps pour que la CTP se stabilise la nouvelle temp rature puis on peut mesurer le courant et calculer la r sistance Noter que la caract ristique V I de la CTP utilis e de cette mani re n est pas g n rale mais elle sera strictement li e aux conditions au moment de l ex cution de l exp rience temp rature ambiante ventilation etc La Figure 16 montre les r sultats attendus pour l exp rience lt 15V 7 I mA FIG 16 EXPECTED RESULTS FOR THE EXPERIMENT 1 8 La Photor sistance LDR La LDR est un dispositif dont la r sistance varie selon l intensit lumineuse qui tombe sur elle Les LDRs sont fabriqu es sous la forme d un mince chemin r sistif fait de Sulfate de Cadmium CdS implant sur une puce de c ramique mat riel non conducteur Quand la lumi re tombe sur le mat riel CdS l nergie des photons incidents g n re des charges positives et n gatives qui i
33. claire s rigraphie qui indique les symboles et l identit des composants L interconnexion des blocs de circuits ainsi que les connexions l alimentation et aux instruments de mesure sont par c bles enfichables La grande taille de la carte rend l unit didactique aussi apte d monstrations collectives faites par l instructeur L unit didactique comprend une alimentation int gr e appropri e pour r aliser les exp riences L unit didactique est aussi livr e avec accessoires jeu de c bles enfichables et ce manuel d instructions Ce qui suit est une liste d instruments recommand s pour l utilisation de cette unit didactique Oscilloscope double trace Une paire de multim tres de laboratoire d usage g n ral G n rateur de signaux de basse fr quence NOTES PO UR L UTILISATION L alimentation int gr e a les caract ristiques suivantes Tension secteur 220 240V 50 60Hz Puissance du transformateur 10VA Fusible secteur 100mA T interne sous un couvercle Sorties 2X14V c a ind pendantes Une sortie continue stabilis e et r glable de 1 6 16 5V avec protection contre la surcharge thermique et les courts circuits SECURITE L tudiant doit tre inform sur les proc dures g n rales du laboratoire d lectronique avant d tre autoris travailler sur cette unit didactique En particulier les r gles suivantes doivent tre observ es Ne pas enlever le capot arri
34. cuit l essai est modifi en rempla ant R avec R2 de l unit didactique 100Q et les mesures sont r p t es on obtient un graphique similaire au pr c dent voir la Fig 5 seulement la pente de la ligne change Pour tensions de 5V et de 10V nous obtenons maintenant des vere 15 7 107 R2 100n Q 50 100 150 g Leh FIG S V I CHARACTERISTIC FOR R2 OSCFS courants de 50 et 100mA Ce qui a chang dans les deux cas est le composant que nous avons utilis comme charge pour le g n rateur Ces deux composants ont diff rente RESISTANCE Les composants eux m mes s appellent RESISTANCES car ils sont fabriqu s pour fournir des valeurs donn es du Rapport V I Calculer partir des r sultats de vos mesures la r sistance des deux r sistances utilis es et comparer ces valeurs avec la valeur nominale de ces composants 1kQ et 1000 1 4 R sistance non lin aire la lampe incandescence La Caract ristique V I des Fig 4 et 5 est celle d une soi disant R sistance lin aire un dispositif qui maintient une r sistance constante et inchang e dans toutes les conditions physiques Dans la pratique tous les mat riels ont une Caract ristique V I qui est intrins quement non lin aire et d pendant de param tres comme la temp rature les contraintes m caniques l ge etc Dans la plupart des cas il est souhaitable que les r sistances utilis es en lectronique aient des valeurs aussi constant
35. dans un graphique comme celui de la Fig 6 puis calculer la r sistance interne quivalente de la source par le rapport Vopen Ishort Nous allons faire maintenant deux contr les pour voir si nos mod les fonctionnent 1er contr le Connecter une charge aux bornes A et B comme montr dans la Fig 9 POWER SUPPLY 9 O R3 1K A N i O R2 100n jen R1 4K7 O a FIG 9 CIRCUIT TO STUDY THE LOADED REAL GENERATOR OSCFC9 Mesurer la tension et le courant et v rifier qu on obtiendrait les m mes valeurs calcul es sur les circuits des Figures 10 et11 vom O FIG 1 E R Rs Vopen Ishor t O R1 4K7 QUIVALENT VOLTA GENERATOR WITH SERTES moO ESISTANCE LOAD OSCFC10 A TN Ny Ishort Rp Vopen I short R1 4K7 O B FIG 11 EQUIVALENT CURRENT GENERATOR WITH PARALLEL RESISTANCE LOADED SCFC11 Dessiner dans le graphique de la Fig 6 le point de fonctionnement du g n rateur charg V rifier que ce point peut tre obtenu en dessinant sur la m me feuille la caract ristique du g n rateur et celle de la charge s par ment Fig 12 v A Vopen OPEN CIRCUIT VOLTAGE FIG 12 GRAPHICAL
36. e pour une pleine chelle de 10mA A ce point une r sistance de 10Q disponible dans l unit didactique est connect e en parall le l instrument voir Fig 4 10mA F S Im AMMETER E TO 1 VDC Relpeheelaia FIG 4 CIRCUIT TO MEASURE R STEP 2 L indication de ce dernier tombe K mA En lisant K et par quelque calculs on obtient la r sistance interne de notre amperemetrel0mA Commencons par observer que la r sistance de 10Q ne fait pas changer pratiquement le courant fourni par la source de tension qui est E V supply 1kKQ Dans un cas Fig 3 tout ce courant circule a travers l amp rem tre Dans le second cas Fig 4 le courant se divise en proportions inverses aux r sistances Indiquer par I le courant dans l amp rem tre Rily R In est connu Veuppi LKQ Im est lu sur l instrument Rp est connu 109 Ri peut donc tre facilement calcul Seconde partie de l exercice Une fois connue Rj nous pourrons calculer R pour chaque expansion de l chelle de l instrument en utilisant la derni re formule ci dessus Calculer R comme exercice afin d avoir une d viation pleine chelle 10mA quand le courant est 500mA Utiliser la formule R l Rp l Im o R est connu de l exercice pr c dent Im est 10maA est 500mA 3 4 Circuit quivalent d un g n rateur Un GENERATEUR DE TENSION est un dispositif id al capable de maintenir une tension c
37. emple 1kHz et 10 Vcc FIG 7 FIG 8 Mesurer Vp Vi Vg puis dessiner un diagramme vectoriel comme celui de la Fig 8 et v rifier par le calcul que Ve VL Vg Mesurer par un Amp rem tre c a le courant dans la boucle puis v rifier que Vp RI Avec les r sultats de l exercice pr c dent lire sur le graphique de la r actance inductive en fonction de la fr quence Fig 5 la valeur de X 1kHz puis v rifier que VL IX Etape 2 R p ter la proc dure ci dessus pour le circuit de la Fig 9 avec les diff rences videntes Le diagramme vectoriel devrait apparaitre comme celui qui illustr a la Fig 10 R 1K Etape 3 Pour le circuit de la Fig 11 mesurer Vp V Vc puis construire le diagramme vectoriel Fig 12 et v rifier que Vi Vc 2 Vp Vg Z G T 100KpF FIG 11 FIGs Fe Mesurer par un Amp rem tre c a le courant de boucle et v rifier que VL XLI Vc Xc l VR R I Noter que X et Xc peuvent tre obtenues des graphiques vous avez trac dans l exercice pr c dent Fig 5 et 6 Etape 4 Pour le circuit de la Fig 13 mesurer le courant et la tension du g n rateur puis le courant dans chacune des trois branches i c 10 KpF GLS Construire le diagramme vectoriel qui devrait rassembler celui de la Fig 14 FIG 14 Ve V r
38. er des charges positives internement de sa borne sa borne Les bornes et pour une charge positive sont identifi es par la polarit de la tension appliqu aux bornes ce qui est tabli par le g n rateur Une charge passive comme la r sistance utilis e dans le circuit de la Fig 2A ne prend aucune part la d termination des polarit s des tensions et des courants dans le circuit Si l on connecte la r sistance avec les bornes chang es rien ne changerait La Figure 2B r sume les d clarations juste faites pour les polarit s des courants et des tensions dans le circuit l essai FIG 2B POSITIVE SIGN CONVENTIONS FOR VOLTAGES AND CURRENNTS IN THE CIRCUIT OF FIG 2A 1 2 R sistance ohmique Dans le circuit de la Fig 2A et 2B on d finit comme RESISTANCE OHMIQUE de la charge le rapport de la tension aux bornes de la charge au courant qui s coule dans elle Dans le circuit de Fig 2A et 2B ces deux variables sont mesur es par l indication des instruments Lire ces valeurs et calculer la r sistance ohmique ou simplement R sistance de la charge comme R 1 3 Loi d Ohm La Figure 3 montre le circuit l mentaire en courant continu qui sera utilis pour cette exp rience I O O i 1 i QO p 2 USE FOR E THE VARIABLE POWER SUPPLY OF
39. er la nouvelle valeur Expliquer par calcul que la nouvelle valeur de la sortie est correcte Utiliser la Fig 5 pour vous aider Calculer d abord la r sistance quivalente de R4 et R2 en parall le puis l quivalent de la s rie de R1 R3 R2 R4 Calculer le courant dans la s rie puis la tension aux bornes de R2 R4 A R1 4K7 R3 1K Vi Wo a R4 10K Re 47K Vo O FIG S THE VOLTAGE DIVIDER IN LOADED CONDITIONS OSCBFS V rifier que cette valeur calcul e coincide avec la valeur que vous avez mesur e pour le diviseur charg 2 5 Le potentiom tre Le potentiom tre est une r sistance avec une prise interm diaire coulissante Fig 6A WIPER CONDUCTIVE LAYER FIG 6A La prise interm diaire Curseur peut tre d plac e d un bout de la r sistance l autre et pourtant peut mettre en uvre un diviseur de tension r glable dans lequel les deux r sistances sont faites varier en m me temps Il y a des potentiom tres construits en diff rentes formes type rotation et type coulissant lin aire avec diff rentes techniques fil bobin couche conductrice sur un substrat isolant etc et avec diff rentes lois de r sistance en fonction de la position lin aire logarithmique etc Le potentiom tre nous allons tudier est d un type rotatif et lin aire Sa puissance nominale est 0 4W
40. es que possible et pourtant ces composants sont compos s de mat riels s lectionn s cet effet Dans certains autres cas une Caract ristique V I non lin aire peut s av rer utile des fins sp cifiques Nous allons examiner certains de ces dispositifs partir d une lampe a incandescence ordinaire qui nous permet de comprendre le significat de Caract ristique V I non lin aire ae at OC JO d USE AS E THE VARIABLE SOURCE OF THE TRAINER USE FOR R THE LAMP FIG 6 RECORDING THE V I CHARACTERISTIC FOR THE INCANDESCENT LAMP Mettre en place l appareil comme le montre la Fig 6 Le g n rateur de tension variable de l unit didactique est utilis pour alimenter une lampe incandescence La tension est chang e en tapes de 0 12V et le courant dans la lampe est mesur et enregistr chaque tape Les r sultats trac s dans un graphique apparaissent comme dans la Fig 7 Le raison de la progressive flexion de la caract ristique r side dans le CO EFFICIENT DE TEMPERATURE du mat riel dont le filament est fait Le coefficient de temp rature dans ce cas est Positif si la tension d alimentation est augment e le filament re oit plus puissance et pourtant sa temp rature augmente La r sistance du filament augmente quand la temp rature augmente et le filament tire moins de courant que si la r sistance reste constante Notons simplement qu un Coefficient de temp rature positif pour une lampe
41. et sa r sistance de bout en bout est de 10kQ Mettre en place l quipement comme indiqu dans la Fig 6B FIG 6B R gler l alimentation V pour 10V En enregistrant l indication du cadran placer le potentiom tre en position interm diaire de 0 10 20 30 100 puis mesurer pour chaque r glage la tension de sortie Vo V rifier la relation lin aire entre les angles et les tensions La Figure 7 montre une autre m thode d utilisation du potentiom tre comme une RESISTANCE VARIABLE Quand on utilise les potentiom tres de cette mani re noter que le courant R7 Vo O FIG 7 USE OF THE POTENTIOMETER AS A VARIABLE RESISTOR augmente jusqu a un maximum quand le curseur du potentiom tre est r gl pour un minimum de r sistance c est a dire vers l extr mit inf rieure du potentiom tre dans la Fig 7 Le courant ne doit pas d passer la valeur maximale pour le potentiom tre Calculer cette valeur maximum comme suit Puissance nominale du potentiometre 0 4W Valeur de la r sistance 10kQ P 0 4W RIZ puis Imax 6 3MA 2 2 pagana N then V z 63 2V R 10kQ en vmax Avec la configuration de la Fig 7 le courant maximal en Ry est V Rr Cette valeur doit tre inf rieure 6 3mA pour viter de d truire le potentiom tre R gler le g n rateur pour 10V et utiliser comme RT la r sistance R4 10kQ Mesure et enregistrer la
42. formateur Le transformateur de l unit didactique a deux secondaires 14V nominal disponibles pour les exp riences Les deux enroulements ont des bornes marqu es S1 El et S2 E2 S d but E fin Les deux enroulements peuvent tre plac s en s rie pour produire une sortie de 28V Pour faire cela connecter E1 avec S2 et placer un voltm tre entre S1 et E2 pour lire 28V environ Noter que si les deux enroulements sont connect s avec s quences des bornes oppos es le r sultat est le m me Connecter S1 E2 et mesurer 28V entre El et S2 Si les bobines devaient tre plac es en s rie avec opposition de phase la tension r sultant ne serait pas la somme mais leur diff rence V rifier ceci en connectant S1 et S2 puis en mesurant entre El et E2 Le m me se produit si El et E2 sont connect es ensemble et le voltm tre est plac entre S1 et S2 En ce qui concerne la connexion en parall le des enroulements d un transformateur nous allons vous rappeler que ceci quivaut mettre en parall le deux g n rateurs de tension Si les tensions des deux ne sont pas absolument gales il y aura un courant qui s coule d un g n rateur l autre Ce courant peut tre tr s grand et dangereux puisque il est limit seulement par la r sistance interne des g n rateurs En r gle g n rale pourtant les secondaires du transformateur ne sont jamais plac s en parall le sauf en cas tr s particuliers avec transformateurs construit
43. i devrait rassembler a celui de la Fig 3 Sur ce graphique marquer la fr quence correspondante l amplitude maximale et comparer cette valeur la valeur pr vue fo l l g V Sur le m me graphique dessiner une ligne horizontale une hauteur de D L intervalle de fr quence f f est le BANDE PASSANTE B f2 fi Le rapport entre la fr quence de r sonance et la bande passante est le FACTEUR DE Q UALITE Q fo B FIG 3 EXPECTED RESULTS FOR THE EXPERIMENT 6 3 Circuit r sonant LC s rie La Figure 4 montre le sch ma du circuit tudier Le but est d enregistrer la courbe de r sonance de mesurer la fr quence de r sonance la bande passante et le facteur de qualit L1 R3 1K C2 10K O G SINEWAVE R1 100 Z OSCILLOSCOPE 1 Vpp O FIG 4 CIRCUIT UNDER STUDY De la th orie nous savons que dans le circuit montr dans la Fig 4 la r sonance se produit quand les r actances inductive et capacitive ont des amplitudes gales Dans cette condition puisque les deux r actances ont signes oppos s elles s annulent et la charge au g n rateur semble tre purement r sistive et gale a R2 orf 0 1 27 2rL1C2 where wg 1 1 J oC2 glia Dans notre circuit l essai les valeurs des composants sont XL jool Xc L1 voir le paragraphe 1 de ce chapitre C2 10kpF Rl 100 R3
44. ifier que toutes les valeurs sont coh rentes galement avec les valeurs de X Xc mesur es dans l exercice pr c dent figures 5 et 6 5 2 Puissance en courant alternatif Note l ex cution de l exp rience de ce paragraphe n cessite l utilisation de l inducteur L de l unit didactique dont la valeur d inductance n est pas d clar e cause des grandes tol rances r sultant du processus de construction de ce composant L effective valeur de L pour l unit didactique utilis devrait tre mesur e avec la proc dure indiqu e dans le premier exercice du chapitre 7 Casl La Fig 15 repr sente un circuit l mentaire constitu d une r sistance connect e comme charge un g n rateur c a Ce circuit peut tre pr par en utilisant une sortie c a de l alimentation de l unit didactique La tension nominale livr e est dans la gamme de 15 18Vca selon la version de l appareil V rifier cette valeur avec un voltm tre c a Utiliser comme r sistance de charge par exemple R1 1kQ Le g n rateur d livre une sinusoide la fr quence du r seau 50 ou 60Hz Le voltm tre indique la tension efficace ou VALEUR MOYENNE QUADRATIQUE RMS Cette valeur est gale la valeur de cr te de la sinuso de divis e par V2 Il est habituel avec les circuits en courant alternatif d exprimer les tensions et les courants dans leur valeurs efficaces La charge R1 tant purement r sistive le courant dans la charge et la ten
45. it r sonant LC parall le La Figure 2 montre le sch ma du circuit tudier Ce circuit peut tre mis en place avec des composants de l unit didactique Re 10K SINEWAVE 10Vpp OSCILLOSCOPE FIG 2 CIRCUIT UNDER TEST Le but est d enregistrer la courbe de r sonance de mesurer la fr quence de r sonance la bande passante et le facteur de qualit De la th orie nous savons que dans le circuit de la Fig 2 la r sonance se produit quand les r actances inductive et capacitive ont des amplitudes gales Dans cette condition puisque les deux r actances ont signes oppos s elles s annulent et la charge au g n rateur semble tre purement r sistive et gale R1 1 Q 1 a o fs X L X Pee ye ee ep LC 27 2r LC Dans notre circuit l essai les valeurs des composants sont L1 voir le paragraphe 1 de ce chapitre C1 10kpF R2 10kQ R1 1kQ Calculer la fr quence de r sonance pr vue Choisir une gamme de mesure de 1 d cade au dessous a 1 d cade au dessus de la fr quence de r sonance f pr vue puis s lectionner 10 valeurs de fr quence pratiques au sein de cet intervalle pour faire les mesures Chaque mesure consiste r gler le g n rateur pour les fr quences choisies et pour une amplitude constante de 10Vpp travers toute l exp rience La tension de sortie Vo est enregistr a chaque tape de mesure Tracer les r sultats dans un graphique qu
46. l Fig 12 devient quivalent a celui de la Fig 13 qui permet une simple pr vision des tensions et des courants pour n importe quelle valeur de R2 RI PET FIG 13 EQUIVALENT CIRCUIT OF FIG 12 AFTER THEVENIN 11051213 Ho ai De FIG 14 EQUIVALENT CIRCUIT OF FIG 12 AFTER NORTON 1105J214 Supposons d appliquer une charge R2 47kQ Par simple calcul on obtient Va80 Ri R2 Vr R2 9 55V V ioe re 0 18mA V rifier par des mesures que ces valeurs sont correctes Le Th or me de Norton Le Th or me de Norton tablit que sous certaines conditions voir votre manuel de th orie le r seau renferm dans la ligne en pointill de la Fig 12 quivaut un g n rateur id al de courant avec une conductance interne G en parall le Voir la Fig 14 L est le courant de court circuit entre A et B G est le rapport du courant de court circuit la tension vide entre A et B Les deux I et Vas Sont connus des mesures faites pour le cas pr c dent Th or me de Th venin S ils n taient pas connus on pourrait les mesurer dans la m me mani re Comme fait pour le cas pr c dent nous pouvons maintenant supposer de charger notre circuit quivalent avec une charge par exemple R2 47kQ Nous pouvons alors calculer la tension et le courant pr vus sur la charge et enfin v rifier ces valeurs avec la mesure r elle
47. l exercice Calculer la valeur de la r sistance qui doit tre ajout e en s rie votre instrument 2 5Vcc pour tendre sa gamme 15V pleine chelle 3 3 L amp rem tre Un amp rem tre est un instrument pour mesurer les courants Il a d j t expliqu dans d autres parties de ce manuel que pour faire fonctionner l amp rem tre le courant de mesure doit circuler travers lui L Amp rem tre doit donc tre plac en s rie avec le conducteur o le courant doit tre mesur ll a galement t expliqu que tous les Amp rem tres sont en effet n s comme Microamp rem tres L extension de la plage de mesure est obtenue en mettant des r sistances de valeur correcte en parall le avec le m tre de fa on que seulement une fraction du courant de mesure circule dans l instrument Dans cet exercice nous allons appliquer le principe de d vier le courant sous mesure et d tendre la gamme de mesure d un amp rem tre Consid rer la figure 3 E TO 10VDC 7 AMMETER PRESET FOR 10mA F S FIG 3 CIRCUIT TO MEASURE R STEP 1 L un des testeurs portables fournis avec l unit didactique est pr r gl pour la mesure de courant de 10mAcc Nous supposer d ignorer la r sistance interne de l instrument Rj L amp rem tre 10mA est plac en s rie avec une r sistance de 1kQ dont la fonction est de limiter le courant maximum et de prot ger l insrument La source de tension variable est r gl
48. les lois de Kirchhoff et pour apprendre les utiliser pour les calculs sur les r seaux lectriques 1 Loi de Kirchhoff Les points A et B dans la Fig 10 s appellent N UDS En chaque n ud du r seau la somme alg brique des courants de toutes les branches est gale a z ro Pour le n ud A Litlat las 0 Pour le n ud B laitletl 0 L exp rience est r alis e en ins rant un Amp rem tre a son tour dans chacune des branches du r seau concern et en mesurant les courants Chaque courant doit avoir un signe nous supposer un signe pour les courants entrant dans un n ud et un signe pour les courants sortant du n ud Pour le n ud A vos mesures devraient tre les suivantes la 1 07mA la 0 19MA la 0 88mA Ainsi que 1 07 0 19 0 88 0 R p ter pour le n ud B R2 47K FIG 10 SETUP TO STUDY THE 1st KIRCHHOFF LAW 5CJ210 2 Loi de Kirchhoff Voir la Fig 11 Dans ce r seau lectrique nous pouvons identifier 3 boucles ou mailles indiqu es comme A B C Le 2 Loi de Kirchhoff tablit qu en chaque boucle du r seau la somme alg brique de toutes les tensions travers les branches de la boucle est z ro Pour la boucle A V Vst Ve V 0 L exp rience consiste mesurer V Vp avec un Voltm tre et v rifier que leur somme est gale z ro On doit donner un signe chaque tension un si la pointe de la fl che repr sentant la tension dans la Fig 11 est plus
49. lesquelles une tension est d velopp e Une RESISTANCE est un dispositif deux bornes qui permet un COURANT de circuler internement d une borne l autre ou vice versa Les TENSIONS sont affich es ou mesur es par VOLTMETRES qui sont des dispositifs avec deux bornes mettre respectivement en contact avec les points du circuit lectrique o nous voulons mesurer une tension Les COURANTS sont affich s ou mesur s par AMPEREMETRES qui sont des dispositifs r v lant par une indication appropri e le mouvement d un pointeur le passage du courant d une de ses bornes l autre La Figure 1 montre un circuit lectrique l mentaire D Ke R1 100 SS USE FOR E ONE OF THE ON BOARD BATTERIES FIG 1 AN ELEMENTARY DC CIRCUIT La Figure 2A montre le m me circuit avec un Voltm tre et un Amp rem tre pour afficher respectivement la tension du g n rateur et le courant fourni a la r sistance de charge FIG 2A CONNECTION OF AMMETER AND VOLTMETER INTO THE CIRCUIT OF FIG 1 Pour mettre en place le circuit de la Fig 2A notez les points suivants Utiliser l une des batteries de l unit didactique comme g n rateur Elle d livre 1 5V environ Pr r gler le Voltm tre pour mesurer des tensions continues 2 5V pleine chelle Pr r gler l Amp rem tre pour courant continu 250mA pour mesurer le courant Attention un amp
50. nfluent sur le courant de conduction r duisant ainsi la r sistivit du dispositif Ces composants sont souvent utilis s dans l industrie pour d tecter la lumi re du jour commutateurs activ s par la lumi re syst mes de contr le de la flamme etc L unit didactique contient une LDR accoupl e une lampe incandescence pour faciliter l essai du dispositif L exp rience doit tre effectu e en appliquant la lampe une tension d alimentation continue montant en tapes de 1V 15V A chaque tape la r sistance de la LDR est mesur e par un ohmm tre Les r sultats devraient tre trac s dans un graphique qui montre le courant de la lampe sur l axe horizontal et la r sistance du dispositif sur l axe vertical S lectionner comme points de mesure les suivants Viamp 1 2 3 4 15Vec Les figures 17 et 18 montrent respectivement les principes de la mesure et les r sultats attendus E L1 LDR OHM METER FIG 17 CIRCUIT UNDER TEST FIG 18 EXPECTED RESULTS FOR THE EXPERIMENT 1 9 La caract ristique de la diode La diode est un dispositif deux bornes dont la caract ristique essentielle est de conduire dans une direction seulement Plus pr cis ment la typique caract ristique d une diode appara t comme dans la Fig 19 Les principaux aspects de cette caract ristique sont les suivantes DIRECT BIAS VBREAKDOWN gt V Ng Vg APPROX 7V
51. onstante entre ses bornes quel que soit le courant tir de lui Un GENERATEUR DE COURANT est un dispositif id al capable de maintenir constant le courant circulant l int rieur ext rieur de ses bornes quelle que soit la charge connect e Les deux dispositifs sont id aux dans le sens qu ils ne peuvent pas exister dans ce monde Pouvez vous imaginer un g n rateur id al de tension d livrer un courant infini sur une charge de z ro ohm ou un g n rateur id al de courant vide lever sa tension une valeur infinie Dans la pratique les g n rateurs peuvent tre fabriqu s pour se comporter assez bien comme un type ou l autre dans une certaine gamme de fonctionnement Dans la pratique toute source de puissance lectrique peut tre suppos des fins d tude compos d un g n rateur id al de tension avec une r sistance en s rie ou un g n rateur id al de courant avec une r sistance en parall le Le but de cet exercice est de s exercer avec ces deux modes de sch matiser les g n rateurs r els Consid rer la Fig 5 Ne tenons pas compte pour le moment de tous les l ments renferm s dans la zone en pointill s Nous pouvons supposer que A et B sont les bornes d une source d nergie lectrique g n rateur r el Nous allons tudier cette source POWER SUPPLY e __ R3 1K O O A R2 1000 R4 10K O O e FIG S
52. outes les exp riences d crites dans ce chapitre utilisent les sources de courant alternatif disponibles dans l alimentation fournie avec l unit didactique Leur tension nominale est de 14V 8 1 Le redresseur demi onde La Figure 1 montre le simple redresseur demi onde exp rimenter Ve 12 TO 16V FIG 1 D1 1N4001 gt CHA gt O R3 1K O gt GND THE HALF OSCILLOSCOPE AVE RECTIFIYNG CIRCUIT La tension de sortie produite par un tel circuit Fig 2 est pulsatoire d une mani re qu elle n est pas acceptable en beaucoup d applications lectroniques VLOAD A WAVESHAPE RESULTI HALF WAV RECTI IER AA FIG 2 G FROM THE La Figure 3 montre le m me circuit muni d un condensateur de lissage D1 1N4001 D O gt CHI Ve 14V ITE Z R1 1K OSCILLOSCOPE C GND FIG 3 HALF WAVE RECTIFIER WITH SMOOTHING CAPACITOR N ote Les condensateurs lectrolytiques doivent tre cabl s en respectant les polarit s correctes Les condensateurs lectrolytiques sont rapidement d truits et peuvent exploser si mal utilis s Pour cette raison les gros condensateurs de l unit didactique C6 et C7 ont des diodes de protection en parall le qui toutefois n liminent pas compl tement le risque Une inversion se traduirait par un court circui
53. positive que l autre extr mit de la fl che Un dans l autre cas Pour la boucle nous mesurons V 15V V 5 057 V 1 076V V 8 867 Ainsi que 15 5 057 1 076 8 867 0 R p ter pour les boucles B et C 4 COTES R1 4K7 Va VB y Vc R3 1K s E y 4 15V N O lt 2 gt S S iz VD R2 47K jo LOOP B R4 10K FIG 11 CIRCUIT TO STUDY THE nd KIRCHHOFF LAW e scJell 2 8 Th or mes de Th venin et de Norton Le sens et les possibilit s offerts par ces th or mes dans l analyse des circuits seront explor s l aide d un exemple de probl me Consid rons la Fig 12 qui repr sente un circuit lectrique Supposons d tre int ress s pr dire les tensions et les courants en R2 pour beaucoup de valeurs diff rentes de cette r sistance de charge Nous pourrions r soudre le probl me avec l analyse ordinaire des circuits Lois de Kirchhoff par chaque valeur de R2 ou utiliser une m thode plus efficace comme suit Le trait en pointill dans la Fig 12 entoure les parties du circuit qui restent inchang es quand R2 prend des valeurs diff rentes R2 semble reli e au r seau renferm dans la ligne en pointill travers les bornes A et B R1 4K7 R3 1K I1osV R4 10K R2 47K
54. re Cela expose l utilisateur aux tensions secteur Quand on planifie une exp rience toujours s assurer que les valeurs nominales des composant ne sont pas d pass s et que les connexions sont faites correctement Les r sistances surcharg es peuvent surchauffer et entrainer des risques de br lures et ou d incendie Les condensateurs lectrolytiques peuvent exploser si cabl s avec la polarit erron e Les condensateurs plus grands de cette unit didactique sont prot g s contre ce risque par des diodes en parall le avec eux Ces dispositions liminent le risque d explosion mais exposent au danger d un court circuit Ne jamais laisser l appareil sans surveillance quand l unit est sous tension Toujours d brancher le cordon d alimentation quand l unit didactique n est pas utilis e En effectuant les exp riences faire toujours attention l odeur des composants surchauff s ou au chauffage anormal de tous les composants Imm diatement mettre hors tension l unit didactique dans ces cas 1 TECHNOLOGIE EN COURANT CONTINU Un GENERATEUR est un dispositif capable de d velopper une tension ses bornes de sortie Cette capacit des g n rateurs provient d une vari t de processus physiques lectrochimique lectromagn tique lectrothermique etc Pour le moment nous nous int ressons seulement l utilisation du g n rateur comme un BO TE NOIRE avec deux bornes lectriques travers
55. s cet effet 7 3 R sistance interne quivalente du transformateur Le transformateur comme on le voit du secondaire appara t comme un g n rateur de courant alternatif avec une imp dance interne Cette imp dance est essentiellement r sistive En d autres termes pour la plupart des utilisations pratiques le terme r actif peut tre n glig Le circuit quivalent du transformateur comme on le voit pour le secondaire semble tre celui de la Fig 7 O O gt VNo LOAD ROAD O O O FIG 7 EQUIVALENT CIRCUIT OF HE TRANSFORMER La r sistance interne quivalente est le r sultat des pertes cumul es dans le cuivre r sistives dans le noyau pertes magn tiques et courants parasites et dans l air flux perdu Afin de mesurer la r sistance interne quivalente proc der comme suit Mesurer la tension secondaire vide du transformateur Charger le secondaire du transformateur un point qui refl te son courant nominal 3VA Mesurer la chute de tension au secondaire et calculer la r sistance interne quivalente du transformateur La Fig 8 montre un graphique de la caract ristique de sortie typique d un transformateur VNO LOAD re FIG 8 Vout SECONDARY VOLTAGE DROP gt l oap OUTPUT CHARACTE T pu STIC OF THE TRANSFORM 8 CONVERSION COURANT ALTERNATIF CO URANT CONTINU T
56. sa r sistance Cela conduit une majeure absorption de courant de la source de tension jusqu au point o le dommage se produit cause de la surchauffe Pour une utilisation s re on doit pr voir un dissipateur ad quat pour viter l chauffement excessif du CTN En variante on devrait utiliser une source de tension suffisamment faible en tout cas avec une r sistance de limitation du courant qui devrait tre plac e en s rie avec le CTN 1 7 La r sistance Coefficient de Temp rature Positif CTP La CTP fournie dans l unit didactique est un autre exemple de r sistance non lin aire Plus pr cis ment la CTP montre une caract ristique d pendante de la temp rature quand la temp rature du dispositif augmente sa r sistance augmente aussi La CTP est souvent utilis e dans les circuits lectroniques pour stabiliser le fonctionnement contre les changements de la temp rature ambiante Elle est aussi utilis e pour d tecter et mesurer la temp rature et m me pour construire des l ments de retard par exemple pour obtenir un fonctionnement retard d un relais L l ment CTP fourni a une r sistance nominale de 1509 0 C Ainsi temp rature ambiante la valeur sera l g rement plus haute L essai du dispositif est r alis avec le circuit de la Fig 15 A FIG 15 RE TH CORDING THE CHARACTERISTIC OF EHR EE En effectuant la mesure soyez cons
57. sion sont en phase comme montr dans la Fig 16 Toute la puissance d livr e par le g n rateur va dans la charge Cette puissance est ACTIVE et est donn e par P V I Exercice mesurer et V et calculer la puissance active P G al ho c FIG 15 CIRCUIT UNDER STUDY FIG 16 VECTOR DIAGRAM Cas2 La Fig 17 repr sente un autre circuit l mentaire Utiliser comme G la source c a de l alimentation 15 ou 18Vca comme c est le cas Utiliser comme L l inductance int gr e dans l unit didactique N KE CE I IE ie FIG 17 CIRCUIT UNDER STUDY FIG 18 VECTOR DIAGRAM O bserver que le circuit de la Fig 17 ne contient pas des l ments r sistifs et est donc id alement sans perte Le g n rateur ne d livre pas de puissance nette Pendant un demi cycle le g n rateur charge l inductance mais dans le suivant demi cycle cette puissance est renvoy e de l inductance au g n rateur La Figure 18 repr sente le diagramme vectoriel Le produit Q V I s appelle Puissance R active et repr sente la puissance qui s coule en avant ou en arri re en chaque demi cycle Exercice mesurer V et I et calculer la puissance r active Cas 3 La Figure 19 repr sente un autre circuit l mentaire et la Fig 20 montre le relatif diagramme vectoriel Ce cas est similaire au cas 2 sauf pour le fait que l angle de phase entre courant est de 90 l avance
58. t 4 BATTERIES Les batteries sont des moyens communs de stockage d nergie La base du fonctionnement des batteries est un processus lectrochimique Quand ces processus sont r versibles la batterie est du type RECHARGEABLE Exemple les batteries auto Dans d autres cas la batterie n est pas rechargeable Exemple les batteries Carbone Zinc des appareils lectroniques portables L nergie m moris e dans une batterie est le produit de la tension nominale par la charge stock e Le charge est normalement exprim e en Coulombs mais quand on traite de batteries elle est exprim e comme le produit du courant de d charge nominal par le temps qu il dure c est dire en Amp re x Heures Ah ou mAh Une batterie peut tre consid r e comme un g n rateur de tension avec une r sistance interne Soit la tension que la r sistance sont d pendantes surtout de l tat de charge de la batterie la tension d une batterie typique reste pratiquement constante au cours du 90 environ de sa d charge et ensuite elle s effondre rapidement La r sistance interne a un comportement dans le temps oppos Elle augmente doucement et lin airement jusqu au point de d charge o elle augmente soudain La r sistance interne d une batterie est consid r un des plus fid les indicateurs de l tat de la batterie En plus de l tat de d charge la tension et la r sistance d une batterie d pendent de la temp rature et des ant
59. t plac au point o le condensateur est connect La Figure 4 montre la forme d onde r sultante grandement am lior e par rapport celle de la Fig 2 mais contenant encore une composante alternative appel e Tension d O ndulation La fonction du condensateur est de se charger jusqu la valeur de cr te de la tension pendant les demi ondes positives et de se d charger sur la charge entre une demi onde et la suivante Il est clair que la tension d ondulation peut tre r duite en augmentant la capacit de lissage Le condensateur doit tre charg par le courant de la diode pendant des petites fractions du cycle et une capacit accrue signifie plus courant de charge en moins de temps La diode doit tre dimensionn e en cons quence VLOAD RIPPLE VOLTAGE FIG 4 WAVESHAPE OF X ESU FIG 3 DIODE CONDUCTING TING FROM THE CIRCUIT 8 2 Le redresseur pleine onde 8 2 1 Le redresseur pleine onde point m dian La Figure 5 montre le circuit tudier SOCKETS OF THE POWER SUPPLY D1 1N4001 E2 Q e 12 TO 17VAC I R3 1K hee 5 E 1 2 12 TO 17VAC a M N Ysi A D2 1N4001 FIG 5S THE MIDPOINT FULLWAVE RECTIFIER OSCFLS Par rapport au circuit de la Fig 1 celui ci semble tre doubl de mani re que chaque diode contribue alternativement avec une des demi onde de
60. tion change quand les deux batteries en parall le sont charg es par une charge qui absorbe un courant suffisamment lev voir la Fig 5 RL FIG 5 BATTERIES IS PARALLEL ON A LOAD Dans ce cas les deux batteries contribuent au courant dans la charge Cette condition peut tre math matiquement calcul e en utilisant les lois ordinaires des circuits pour obtenir les courants fournis par les deux batteries 5 CIRCUITS EN CO URANT ALTERNATIF RESISTANCE REACTANCE AND PUISSANCE Dans cette exp rience nous tudions le comportement des composants r sistifs inductifs et capacitifs quand ils sont utilis s dans les circuits en courant alternatif Les Figures 1 2 3 montrent trois circuits l mentaires chacun comprenant un g n rateur et une charge r sistive ou inductive ou capacitive Les trois circuits l essai peuvent tre mis en place en utilisant les composants de l unit didactique Ca eZ G R PCat Ke gt gt E7 a ae La source de signal utilis e est un g n rateur sinusoidal de basse fr quence r glable dans la gamme d au moins 10Hz 100kHz et 0 10Vpp Pour chacune des configurations de test de la Fig 1 2 3 le g n rateur sera successivement r gl pour les fr quences suivantes 50 100 200 400 800 1600 3200 6400 Hz 12 8KHz 25 6KHz 51 2KHz
61. vent tre utilis s en lectronique par exemple pour stabiliser un circuit lectronique contre les changements de la temp rature ambiante mais ils sont utilis s pour la plupart comme dispositifs capteurs de temp rature en thermostats thermom tres etc Nous allons d abord examiner qualitativement l utilisation du Thermistor de l unit didactique comme un dispositif capteur de temp rature comme suit Connecter un ohmm tre aux bornes du Thermistor comme montr dans la Fig 10 puis le tenir avec deux doigts afin de le laisser se r chauffer et approcher la temp rature de votre main L indication de l ohmm tre change vers valeurs de la r sistance plus faibles Quand vous rel chez le Thermistor il tend retourner vers la r sistance de la temp rature ambiante La temp rature aura cependant plus de temps r gler que d augmenter puisque le transfert de chaleur par convection d air pendant le refroidissement est moins efficace que la conduction directe de vos doigts O t OHM METER NTC FIG 10A EXPERIMENTING THE NTC THERMISTOR Quand on utilise un thermistor CTN dans un circuit lectronique des soins doivent tre prises cause du processus d auto chauffement de ce dispositif qui peut conduire la destruction du composant Le m canisme est le suivant Supposer un CTN aliment par une source de tension constante Il tend a l chauffement et r duit par cons quent
62. x V2 gt f Fr FIG 26 11052526 La fr quence de coupure est celle a laquelle l amplitude se r duit par un 1 facteur de a Marquer ces points sur les graphiques 5 4 Circuit CR et RC avec signaux d impulsion Les Figures 27 et 28 montrent les circuits l tude SQUAR 1KHz EWAVE Q SV SQUAREWAVE 1KHz Q SV 11052728 R1 10K C3 OSCILLOSCOPE 100K PIG e7 C3 100K R1 10K OSCILLOSCOPE Ce Un g n rateur de signal carr applique des impulsions l entr e du circuit l tude et la forme d onde r sultante est analys e au moyen de l oscilloscope En effectuant l exp rience notez les points suivants La fr quence de r p tition des impulsions indiqu e comme 1KHz devrait tre r gl e pour afficher une forme d onde compl te qui devrait appara tre comme dans les Fig 29 et 30 FIG 29 FIG 30 Choisir une amplitude d au moins 5V pour l onde carr e d entr e Esquisser les formes d onde observ es sur un papier l chelle Calculer la constante de temps T RC puis v rifier que T est gal au temps mis par le signal de l origine pour atteindre 63 2 de l amplitude finale Marquer sur votre forme d onde les temps de Mont e et de Descente d finis comme les temps n cessaire pour que le signal passe du 10 au 90 de l amplitude finale 6 RESONANCE 6 1 Mesure d inductance
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