Etude de FA1.3 « Détecter une décharge de la batterie

BAC STI Génie Électronique
Système technique : « Pousse Seringue »
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Etude de FA1.3 « Détecter une décharge de la batterie »
Etude de FA1.3 « Détecter une décharge de la batterie »
I Rappel fonctionnel
Le « Pousse Seringue » permet de réaliser une perfusion en intraveineuse à débit
constant.
L’alimentation du « Pousse Seringue » peut se faire par l’intermédiaire du secteur
EDF (dans le cas d’une perfusion à l’hôpital) ou par batterie (dans le cas d’une perfusion dans
l’ambulance).
La fonction permettant de gérer ce type d’alimentation est FA1 « Gérer l’énergie
électrique ».
Schéma fonctionnel de second degré 2 de FA1 « Gérer l’énergie électrique » :
Secteur
Appui
Touche ON
Appui
Touche OFF
Convertir une
tension
alternative en
tension
continue
FA1.1
VALIM_BUZZER
Gérer la mise
en marche et
l’arrêt du
Pousse
Seringue et
produire une
VALIM_MOTEUR
tension
continue de
+5V
FA1.2
Info présence secteur
Info mise sous
tension du
Pousse Seringue
VCC
Détecter une
décharge de la
batterie
FA1.3
VALARME_BATTERIE
VPRE-ALARME_BATTERIE
Description de FA1.1 « Convertir une tension alternative en tension continue »
Cette fonction permet de produire une différence de potentiel continue VALIM_BUZZER à
partir de la tension secteur (lorsque le pousse seringue est branché au secteur)
Lorsque le pousse seringue n’est pas alimenté par le secteur c’est la batterie qui
produit la tension continue VALIM_BUZZER.
Cette fonction indique la présence du secteur par l’allumage d’un LED jaune.
Description de FA1.2 « Gérer la mise en marche et l’arrêt du Pousse Seringue et
produire une tension continue de +5V »
Lorsqu’on appui sur la touche ON, cette fonction produit deux tensions continues :
-VALIM_MOTEUR=VALIM_BUZZER,
-VCC=+5V.
Lorsqu’on reste appuyé sur la touche OFF pendant un certain temps cette fonction
coupe les alimentations :
-VALIM_MOTEUR=0V,
-VCC=0V.
Cette fonction indique la mise sous tension du Pousse Seringue par l’allumage d’une
LED verte.
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Description de FA1.3 « Détecter une décharge de la batterie »
Cette fonction produit deux différences de potentiel de types logiques :
-VALARME_BATTERIE,
-VPRE-ALARME_BATTERIE.
Lorsque VBATTERIE=VBATTERIE_NOM (tension batterie nominale : lorsque la batterie
n’est pas déchargée) :
-VALARME_BATTERIE= « NL0 »,
-VPRE-ALARME_BATTERIE « NL0 ».
Lorsque VBATTERIE<VSEUIL_PRE_ALARM (tension continue indiquant que la batterie
commence à se décharger) :
-VALARME_BATTERIE= « NL0 »,
-VPRE-ALARME_BATTERIE= « NL1 ».
Lorsque VBATTERIE<VSEUIL_ALARM (tension continue indiquant qu’il faut recharger la
batterie) :
-VALARME_BATTERIE= « NL1 »,
-VPRE-ALARME_BATTERIE= « NL1 ».
TRAVAIL DEMANDE
II Analyse fonctionnelle
Question1
Déterminer quel est l’intérêt de détecter la décharge de la batterie ?
Question2
Caractériser les signaux de sorties de FA1.3 « Détecter une décharge de la
batterie »
Question3
Tracer les chronogrammes de VALARME_BATTERIE et VPRE-ALARME_BATTERIE sur le
document réponse 1 page 5.
Question4
Encadrer et nommer les fonctions secondaires de FA1 « Gérer l’énergie
électrique » sur le document réponse 2 page 6.
III Analyse structurelle de FA1.3 « Détecter une décharge de la
batterie »
Question5
Redessiner sur votre feuille la structure réalisant la fonction FA1.3 « Détecter une
décharge de la batterie ».
Question6
Entourer et nommer sur le schéma structurel de FA1 « Gérer l’énergie électrique »
du document réponse2 page 6 la batterie.
En déduire la valeur de VBATTERIE_NOM.
Question7
On se place dans le cas d’un fonctionnement du Pousse Seringue sur la batterie, la
touche ON est appuyée, par conséquent VALIM_MOTEUR=VALIM_BUZZER.
Déterminer la valeur de VALIM_MOTEUR.
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III.1 Calcul de VREF différence de potentiel aux bornes de IC2 :
La tension aux bornes de C9 est de +5V.
On considère que IR19 et IR20 sont négligeables devant IR31.
Question8
Quel est le nom du composant IC2 ?
Quel est son rôle ?
Question9
D’après la documentation constructeur de ce composant, déterminer la valeur de la
tension produite par IC2. Justifier votre réponse.
Question10
Justifier que la valeur de la résistance R31 est correctement dimensionnée.
III.2 Calcul de VA- (différence de potentiel entre l’entrée – et la masse de
IC3A) :
Question11
Déterminer l’expression de VA- en fonction de VBATTERIE et des composants du
montage.
Question12
Calculer la valeur de VA- dans le cas où la batterie est complètement chargée.
Question13
Calculer la valeur de VA- lorsque VBATTERIE=5,5V.
Question14
Calculer la valeur de VBATTERIE permettant d’obtenir VA-=2,5V.
Question15
Tracer le chronogramme de VA- sur le document réponse 3 page 7.
III.3 Calcul de VB- (différence de potentiel entre l’entrée – et la masse de
IC3B) :
Question16
Déterminer l’expression de VB- en fonction de VBATTERIE et des composants du
montage.
Question17
Calculer la valeur de VB- dans le cas où la batterie est complètement chargée.
Question18
Calculer la valeur de VB- lorsque VBATTERIE=5,5V.
Question19
Calculer la valeur de VBATTERIE permettant d’obtenir VB-=2,5V.
Question20
Tracer le chronogramme de VB- sur le document réponse 3 page 7.
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III.4 Etude de la structure produisant la différence de potentiel
VPRE-ALARME_BATTERIE :
Analyse qualitative :
Question21
En analysant le câblage des composants autour du composant LM358, déterminer la
fonction réalisée. Justifier votre réponse.
Question22
Que peut-on dire sur la valeur de l’hystérésis de ce comparateur ? Justifier votre
réponse.
Question23
D’après la documentation constructeur de du LM358 déterminer les valeurs de VSAT+
et VSAT- dans le pire des cas.
En déduire les valeurs des niveaux logiques « NL0 » et « NL1 ».
Question24
En considérant le fonctionnement de ce comparateur comme un comparateur à simple
seuil, tracer le chronogramme de VPRE-ALARME_BATTERIE sur le document réponse 3 page 7.
Justifier votre tracé.
Analyse quantitative :
On souhaite déterminer la valeur des seuils de comparaison de ce comparateur à
2 seuils.
Question25
Déterminer la condition sur VB- pour obtenir VPRE-ALARME_BATTERIE=VSAT+.
Question26
Déterminer la condition sur VB- pour obtenir VPRE-ALARME_BATTERIE=VSAT-.
Question27
Tracer la caractéristique de transfert VPRE-ALARME_BATTERIE=f(VB-).
Question28
Calculer la valeur de l’hystérésis de ce comparateur.
III.5 Etude de la structure produisant la différence de potentiel
VALARME_BATTERIE :
Question29
Que peut-on dire sur la structure produisant la différence de potentiel
VALARME_BATTERIE par rapport à la structure produisant VPRE-ALARME_BATTERIE ?
Question30
Tracer sur le document réponse 3 page 7 le chronogramme de VALARME_BATTERIE en
considérant le fonctionnement du comparateur en simple seuil.
Justifier vos chronogrammes.
Question31
Quel est l’intérêt d’avoir une valeur d’hystérésis si faible ?
III.6 Conclusion
Question32
Déduire de votre analyse les valeurs de VSEUIL_PRE-ALARME et VSEUIL_ALARME.
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DOCUMENT REPONSE1
Chronogrammes de VALARME_BATTERIE et VPRE-ALARME_BATTERIE
VBATTERIE
VBATTERIE_NOM
VSEUIL_PRE-ALARME
VSEUIL_ALARME
VPRE-ALARME_BATTERIE
t(s)
NL1
NL0
t(s)
VALARME_BATTERIE
NL1
NL0
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t(s)
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DOCUMENT REPONSE2 : schéma structurel de FA1 « Gérer
l’énergie électrique »
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DOCUMENT REPONSE3
Chronogrammes de VALARME_BATTERIE et VPRE-ALARME_BATTERIE
VBATTERIE(V)
6V
5,9V
5,8V
5,7V
5,6V
5,5V
t(s)
VA-(V)
2,7V
2,6V
2,5V
2,4V
2,3V
t(s)
VB-(V)
2,6V
2,5V
2,4V
2,3V
2,2V
t(s)
VPRE-ALARME_BATTERIE(V)
6V
t(s)
0V
VALARME_BATTERIE (V)
6V
0V
G BERTHOME – Lycée Mireille GRENET - COMPIEGNE
t(s)
LM236
LM336,B
2.5V VOLTAGE REFERENCES
..
..
.
LOW TEMPERATURE COEFFICIENT
WIDE OPERATING CURRENT OF 400µA TO
10mA
0.2Ω DYNAMIC IMPEDANCE
GUARANTEED TEMPERATURE STABILITY
FAST TURN-ON
Z
TO92
(Plastic Package
D
SO8
(Plastic Micropackage)
DESCRIPTION
The LM236 and LM336 are precision 2.5V regulator
diodes. These voltage reference monolithic ICs operate like 2.5V zener diodes with a low temperature
coefficient and a dynamic impedance of 0.2Ω. A
third pin enables adjusting the reference voltage
and the temperature coefficient.
ORDER CODES
Part numTemperature Range
ber
D
o
•
•
0 C, +70 C
•
•
o
–25 C, +85 C
LM236
o
LM336,B
Package
Z
o
PIN CONNECTIONS
TO92
(Bottom view)
ADJ
October 1997
V+
V-
SO8
(Top view)
V+
8
NC
7
1
NC
2
NC
NC
6
3
NC
ADJ
5
4
V
1/9
LM236 - LM336,B
SCHEMATIC DIAGRAM
V
50k Ω
24kΩ
24kΩ
6.6kΩ
6pF
3pF 10kΩ
600Ω
30kΩ
ADJ
6.6kΩ
2k Ω
1.1kΩ
V
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Symbol
IR
IF
Parameter
LM236
LM336,B
15
10
15
10
–25 to +85
0 to +70
Current
Reverse
Forward
Unit
mA
Toper
Operating Free-air Temperature Range
Tstg
Storage Temperature Range
–65 to +150
o
C
o
C
ELECTRICAL CHARACTERISTICS
LM236
-25oC ≤ Tamb ≤ +85oC
LM336,B
0oC ≤ Tamb ≤ +70oC
(unless otherwise specified)
Symbol
VR
LM236
Parameter
Min.
Min.
Typ.
Max.
Unit
V
2.44
2.49
2.54
2.39
2.44
2.49
2.49
2.59
2.54
Reverse Breakdown Voltage Change with Current
(400µA ≤ IR ≤ 10mA)
o
Tamb = +25 C
Tmin. ≤ Tamb ≤ Tmax.
2.6
3
6
10
2.6
3
10
12
Reverse Dynamic Impedance (I R = 1mA)
Tamb = +25oC
Tmin. ≤ Tamb ≤ Tmax.
0.2
0.4
0.6
1
0.2
0.4
1
1.4
KVT
Temperature Stability (VR = 2.49V, IR = 1mA)
3.5
9
1.8
6
KVH
Long Term Stability (Tamb = +25 C ±0.1 C, IR = 1mA)
ZD
2/9
Max.
Reverse Breakdown Voltage
o
(Tamb = +25 C, IR = 1mA)
LM236, LM336
LM336B
∆VR
Typ.
LM336,B
o
mV
o
Ω
mV
ppm
20
20
LM158,A-LM258,A
LM358,A
LOW POWER DUAL OPERATIONAL AMPLIFIERS
■ INTERNALLY FREQUENCY COMPENSATED
■ LARGE DC VOLTAGE GAIN: 100dB
■ WIDE BANDWIDTH (unity gain): 1.1MHz
(temperature compensated)
■ VERY LOW SUPPLY CURRENT/OP (500µA)
■
■
■
■
■
■
ESSENTIALLY INDEPENDENT OF SUPPLY
VOLTAGE
LOW INPUT BIAS CURRENT: 20nA
(temperature compensated)
LOW INPUT OFFSET VOLTAGE: 2mV
LOW INPUT OFFSET CURRENT: 2nA
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE RANGE
INCLUDES GROUND
DIFFERENTIAL INPUT VOLTAGE RANGE
EQUAL TO THE POWER SUPPLY VOLTAGE
LARGE OUTPUT VOLTAGE SWING 0V TO
(Vcc - 1.5V)
N
DIP8
(Plastic Package)
D&S
SO8 & miniSO8
(Plastic Micropackage)
DESCRIPTION
These circuits consist of two independent, high
gain, internally frequency compensated which
were designed specifically to operate from a single power supply over a wide range of voltages.
The low power supply drain is independent of the
magnitude of the power supply voltage.
Application areas include transducer amplifiers,
dc gain blocks and all the conventional op-amp
circuits which now can be more easily implemented in single power supply systems. For example,
these circuits can be directly supplied with the
standard +5V which is used in logic systems and
will easily provide the required interface electronics without requiring any additional power supply.
Inthe linear mode the input common-mode voltage
range includes ground and the output voltage can
also swing to ground, even though operated from
only a single power supply voltage.
P
TSSOP8
(Thin Shrink Small Outline Package)
ORDER CODE
Part
Number
Temperature
Range
LM158,A
-55°C, +125°C
LM258,A
-40°C, +105°C
LM358,A
0°C, +70°C
Example : LM258N
Package
N
•
•
•
S
D
P
•
•
•
•
•
•
•
N = Dual in Line Package (DIP)
D = Small Outline Package (SO) - also available in Tape & Reel (DT)
S = Small Outline Package (miniSO) only available in Tape & Reel (DT)
P = Thin Shrink Small Outline Package (TSSOP) - only available in Tape
&Reel (PT)
PIN CONNECTIONS (top view)
1
2
-
3
+
4
July 2003
8
7
-
6
+
5
1
2
3
4
5
6
7
8
- Output 1
- Inverting input
- Non-inverting input
- VCC- Non-inverting input 2
- Inverting input 2
- Output 2
- VCC+
1/12
LM158,A-LM258,A-LM358,A
SCHEMATIC DIAGRAM (1/2 LM158)
V CC
6µA
4µA
100µA
Q5
Q6
CC
Q3
Q2
Inverting
input
Q1
Q7
Q4
R SC
Q11
Non-inverting
input
Output
Q13
Q10
Q8
Q12
Q9
50µA
GND
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Symbol
VCC
Parameter
LM158,A
LM258,A
LM358,A
Unit
Supply voltage
+/-16 or 32
Vi
Input Voltage
-0.3 to +32
V
Vid
Differential Input Voltage
+32
V
Ptot
Power Dissipation 1)
500
mW
Output Short-circuit Duration
Iin
Input Current
2)
Opearting Free-air Temperature Range
Tstg
Storage Temperature Range
1.
2.
3.
2/12
Infinite
3)
Toper
V
50
-55 to +125
-40 to +105
-65 to +150
mA
0 to +70
°C
°C
Power dissipation must be considered to ensure maximum junction temperature (Tj) is not exceeded.
Short-circuits from the output to VCC can cause excessive heating if VCC > 15V. The maximum output current is approximately 40mA independent
of the magnitude of VCC. Destructive dissipation can result from simultaneous short-circuit on all amplifiers.
This input current only exists when the voltage at any of the input leads is driven negative. It is due to the collector-base junction of the input PNP
transistor becoming forward biased and thereby acting as input diodes clamps. In addition to this diode action, there is also NPN parasitic action on
the IC chip. this transistor action can cause the output voltages of the Op-amps to go to the VCC voltage level (or to ground for a large overdrive)
for the time duration than an input is driven negative.
This is not destructive and normal output will set up again for input voltage higher than -0.3V.
LM158,A-LM258,A-LM358,A
ELECTRICAL CHARACTERISTICS
VCC+ = +5V, VCC-= Ground, V o = 1.4V, Tamb = +25°C (unless otherwise specified)
Symbol
Parameter
LM158A-LM258A
LM358A
Min.
Vio
Input Offset Voltage - note 1)
Tamb = +25°C
LM158, LM258
LM158A
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
LM158, LM258
Typ.
Max.
1
3
LM158-LM258
LM358
Min.
Typ.
Max.
2
7
5
2
4
Unit
mV
9
7
Iio
Input Offset Current
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
2
10
30
2
30
40
nA
Iib
Input Bias Current - note 2)
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
20
50
100
20
150
200
nA
Avd
Large Signal Voltage Gain
VCC = +15V, R L = 2kΩ, Vo = 1.4V to 11.4V
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
50
25
100
50
25
100
65
65
100
65
65
100
V/mV
Supply Voltage Rejection Ratio (Rs ≤ 10kΩ)
SVR
ICC
VCC+ = 5V to 30V
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
Supply Current, all Amp, no load
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
VCC = +5V
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
VCC = +30V
0.7
Input Common Mode Voltage Range
VCC = +30V - note 3)
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
0
0
CMR
Common Mode Rejection Ratio (Rs ≤ 10kΩ)
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
70
60
85
Isource
Output Current Source
VCC = +15V, Vo = +2V, Vid = +1V
20
40
Output Sink Current (Vid = -1V)
VCC = +15V, Vo = +2V
VCC = +15V, Vo = +0.2V
10
12
20
50
Output Voltage Swing ( RL = 2kΩ)
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
0
0
Vicm
Isink
VOPP
1.2
1
VCC+ -1.5
VCC+ -2
60
VCC+ -1.5
VCC+ -2
0.7
0
0
1.2
2
mA
VCC+ -1.5
V
VCC+ -2
70
60
85
20
40
10
12
20
50
0
0
dB
dB
60
mA
mA
µA
VCC+ -1.5
VCC+ -2
3/12