POTENTIOMETRE ET CAPTEUR DE POSITION

Seconde – MPI – TP n°9
VACCA Sébastien – Lycée Joliot Curie
POTENTIOMETRE ET CAPTEUR DE POSITION
Objectifs :
Etudier un montage potentiométrique et connaitre ses propriétés.
Utiliser un circuit intégré linéaire en montage suiveur.
Savoir qu’un montage potentiométrique peut être utilisé comme capteur de position.
I ETUDE PRELIMINAIRE : LE DIVISEUR DE TENSION
1) Montage
Réaliser le montage ci-contre.
Le générateur délivre une tension continue Ug = 6V .
R1
Choisir deux conducteurs ohmiques de résistances R1 = 1kΩ et R2 = 1kΩ .
Ug
Mesurer Ug et US .
R2
Recommencer ces mesures en prenant pour R2 les valeurs 100 Ω , 200 Ω ,
US
400 Ω et 600 Ω .
Recopier et compléter le tableau suivant :
R2 ( Ω )
100
200
400
600
1000
Ug (V)
US (V)
R2
R1 + R2
US
UG
En déduire l’expression de US en fonction de R1 , R2 et Ug .
A partir de la loi d’ohm, démontrer cette relation.
Justifier le nom de « diviseur de tension » donné à ce montage.
2) Application
C
Réaliser le montage ci-contre avec R = 1,0 k Ω .
Mesurer les tensions UAM , UBA et UCB avec un voltmètre.
UCB
B
1. Que peut-on dire des tensions UAM , UBA et UCB ?
2. Ce montage constitue une « échelle de tension ». Pourquoi ?
3. Quel est le pas, noté p, de l'échelle de tension ?
4. Soit n le nombre de conducteurs ohmiques de l'échelle de tension,
quelle relation a-t-on entre p, UE et n ?
5. Exprimer les tensions UAM , UBM et UCM en fonction de p.
UE
UCM
UBA
UBM
A
UAM
M
6. Quelle condition les conducteurs ohmiques doivent vérifier afin
que le pas de l’échelle soit régulier ?
7. En considérant la relation vue en I.1) sur le diviseur de tension, montrer que l'on aurait pu prévoir les valeurs des
tensions UAM , UBM et UCM en fonction de UE , sans les mesurer au voltmètre.
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II OBTENIR UNE TENSION REGLABLE : LE POTENTIOMETRE
1) Le potentiomètre
Un potentiomètre est constitué d’un conducteur ohmique de résistance RAB , sur lequel se déplace un
A
curseur C. C’est un composant à trois bornes A, B et C, C étant relié au curseur.
On note :
RAB la résistance entre les points A et B.
RAC la résistance entre les points A et C.
RCB la résistance entre les points C et B.
C
B
Différents potentiomètres du commerce :
Potentiomètre à curseur
rotatif
Potentiomètre à curseur de
translation
Repérer les trois bornes du potentiomètre mis à disposition.
Pour une position 1 quelconque du curseur, mesurer à l’ohmmètre les résistances RAB , RAC et RCB .
Recommencer les mesures pour une autre position du curseur (position 2) et compléter le tableau suivant :
Position du
curseur
RAB
RAC
RCB
1
2
Quelle relation existe-t-il entre RAB , RAC et RCB ?
Quelles résistances varient lorsque la position du curseur varie ?
2) Le montage potentiométrique
Réaliser le montage potentiométrique ci-contre (montage à vide).
Régler la position du curseur C pour obtenir US = 4 V (Utiliser un voltmètre branché aux bornes B et C).
A
C
Ug
US
B
Ce montage est appelé « montage à vide » car aucun composant n’est branché aux bornes B et C.
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Ajouter à ce montage, sans dérégler le potentiomètre, un conducteur ohmique de résistance RC = 10 kΩ comme
indiqué sur le schéma ci-dessous (il s’agit maintenant d’un montage en charge car un conducteur ohmique est branché
aux bornes B et C).
A
C
Ug
RC
US
B
La tension de sortie US est-elle la même que précédemment ?
Prendre pour RC les valeurs indiquées ci-dessous et compléter le tableau.
RC ( kΩ )
10
2,2
1
0,5
Us (V)
Quel est l’inconvénient de ce montage ?
3) Utilisation d’un circuit intégré linéaire (CIL) en montage suiveur
Un circuit intégré linéaire (CIL) est un composant qui dispose de huit bornes. Parmi celle-ci, on distingue les bornes
d’alimentation V + et V − (+15 V et – 15 V), deux bornes d’entrée E + et E − et une borne de sortie S.
V+
I−
E−
S
E+
I+
V−
Le CIL peut être utilisé pour réaliser un « montage suiveur » dont voici le schéma :
V+
A
E−
C
E
Ug
US
S
+
V−
U'S
RC
B
Montage
potentiométrique
Montage suiveur
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Prendre pour RC les valeurs indiquées ci-dessous et compléter le tableau.
RC ( kΩ )
10
2,2
1
0,5
U’s (V)
Comparer U'S à US .
Justifier le nom de « montage suiveur ».
III UN CAPTEUR DE POSITION : LA MANETTE DE JEU (JOYSTICK)
Une manette de jeu comporte deux potentiomètres rotatifs qu’on note H et V. Ces deux potentiomètres sont
identiques et disposés de manière à ce que leurs axes de rotation soient perpendiculaires. La manette est solidaire
des curseurs des potentiomètres.
Ainsi, lorsque la manette est :
déplacée horizontalement, le curseur du potentiomètre H se déplace aussi.
déplacée verticalement, le curseur du potentiomètre V se déplace aussi.
Une tension U est imposée aux bornes des deux potentiomètres.
Ainsi :
lors du déplacement horizontal de la manette, le potentiomètre H fournit une tension UH qui dépend
de la position du curseur.
lors du déplacement vertical de la manette, le potentiomètre V fournit une tension UV qui dépend de
la position du curseur.
En mesurant en permanence les tensions UH et UV , on peut en déduire le mouvement de la manette.
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