M.P.I.

Réalisation d’un voltmètre à diodes électroluminescentes

Remarque :          Vous répondrez aux questions posées individuellement sur une copie double.

A / Rappel : électricité

1 / Réalisation d’un court-circuit

On désactive l’animation.

Réaliser le circuit ci-dessous, d’abord sans court-circuiter la résistance. Lancer l’animation.

L’animation étant de nouveau désactivée, ajouter le fil provoquant le court-circuit de la résistance, puis lancer l’animation.

Schéma :

1 ) Expliquer ce qu’il s’est passé.

Remarque :

On peut avoir accès à la valeur de l’intensité qui circule dans le circuit en pointant la souris sur les flèches qui indiquent le sens du courant ou en plaçant un ampèremètre en série dans le circuit

2 ) Mettre le fil de court-circuit aux bornes de la lampe (utiliser l’icône crocodile). Quel est l’effet de ce nouveau court-circuit ?

3 ) Conclure.

2 / Utilisation d’appareils de mesures

Désactiver l’animation et réaliser le montage ci-dessous :

On souhaite vérifier la loi des nœuds (pour l’intensité) et les lois sur la tension.

4 ) Enoncer, pour le circuit, la loi des nœuds (indiquer sur le schéma les nœuds, et les trois intensités possibles).

5 ) Vérifier la loi (indiquer les résultats) en insérant dans le circuit trois ampèremètres (placer correctement les bornes des appareils de mesure).

6 ) Placer sur les schémas les points nécessaires, les flèches représentant les tensions, et énoncer les lois appliquées aux tensions (expression mathématique).

7 ) Vérifier la loi (indiquer les résultats) en plaçant deux voltmètres (le premier aux bornes de la résistance de 147 O et le second aux bornes de la résistance de 467 O).

8 ) Déterminer la résistance équivalente R aux trois résistances, puis réaliser le montage avec cette seule résistance et vérifier que l’intensité est bien la même.

3 / Protection d’une diode électroluminescente

Avant tout, désactiver l’animation ; puis cliquer sur l’icône mesure , et sélectionner commande des appareils de mesures, puis choisir réglage automatique).

Simuler le montage ci-dessous (choisir une DEL rouge) :

Schéma :

On cherche ici la valeur de la résistance (celle qui est notée est mauvaise), placée en série, qui protégera efficacement la DEL.

9 ) Chercher dans l’aide (point d’interrogation, puis sommaire, puis bibliothèque, puis composants électriques, puis dipôles lumineux) les caractéristiques d’une DEL rouge et noter les valeurs.

La tension minimale pour que la DEL brille correctement est de 1,9 V et est toujours à peu près égale à cette valeur lors de son fonctionnement quel que soit l’intensité qu’elle reçoit.

10 ) Déterminer par le calcul la valeur de la résistance de protection, sachant que l’on veut que la DEL fonctionne pour un courant d’une intensité de 20 mA.

11 ) Vérifier vos calculs à l’aide du logiciel. Pour cela, placer un voltmètre aux bornes de la DEL et donner à la résistance la valeur que vous avez calculé, puis lancer l’animation. Conclure.

12 ) Refaire les calculs avec la plus petite intensité qui permet à la DEL de briller au maximum (I = 4 mA) et vérifier vos résultats. Conclure.

13 ) Refaire les calculs avec l’intensité maximale que peut supporter la diode (I = 30 mA) et vérifier vos résultats. Conclure.

Remarque :

Lorsqu’on est pressé (ou qu’on ne sait pas faire le calcul), on peut appliquer la règle suivante :

                R = 50 ohm par volt de tension.

Donc, ici pour 6 V, il faudra approximativement 300 O.

14 ) Pourquoi faut-il toujours une résistance en série avec une DEL ?

4 / L’amplificateur opérationnel en montage comparateur

Avant tout, désactiver l’animation.

Simuler le montage ci-dessous :

Schéma :

15 ) Tester l’animation. Faire varier la valeur de E+ en faisant varier la tension du générateur connecté à cette entrée. Noter vos observations et expliquer pourquoi l’amplificateur opérationnel fonctionne en comparateur.

5 / A.O. comparateur avec visualisation du résultat par une DEL rouge

Avant tout, désactiver l’animation ; et simuler le montage ci-dessous :

Schéma :

16 ) Déterminer par le calcul la valeur de la résistance de protection, sachant que les caractéristiques de la DEL rouges sont les mêmes que précédemment et que le potentiel de sortie de l’amplificateur opérationnel peut varier, en théorie, de + 15 V à – 15 V.

17 ) Tester l’animation et faire varier E+. Noter vos observations.

18 ) Trouver la solution permettant de remédier aux problèmes (schématiser le montage remédiant aux problèmes).

19 ) Modifier la tension du générateurs reliés à l’entrée E+ en choisissant 20 V. Que se passe-t-il ? Conclure sur les limites d’utilisation de l’amplificateur opérationnel.

B / Simulation du voltmètre à diodes électroluminescentes

On simule le montage ci-dessous afin de comprendre comment on peut encadrer une valeur de tension inconnue en la comparant à une échelle de tension connue.

Schéma :

20 ) Pourquoi est-ce un voltmètre à DEL ?

21 ) Quelle est la sensibilité du dispositif et peut-on l’améliorer ?

22 ) Quel est le rôle des résistances montées en série avec les DEL ?

23 ) Quel est le rôle des amplificateurs opérationnels dans ce montage ?

24 ) Consigner, dans le tableau ci-dessous, les résultats obtenus avec le montage (on notera « 1 » pour la diode allumée et « 0 » quand elle est éteinte , et la tension de référence est égale à 9 V).

Tableau :

25 ) Conclure.