ELECTRONIQUE ANALOGIQUE

1
Université Joseph Fourier
CESIRE Plate-forme EEE
ELECTRONIQUE ANALOGIQUE
Organisation des TP
TP 1
TP 2
TP 3
TP 4
TP 5
Caractéristiques. Diodes et transistors.
Principes de logique. Applications et Projet.
Amplification de petits signaux.
Redressement et filtrage.
Stabilisation.
Annexe 1
Annexe 2
Annexe 3
Annexe 4
Appareils utilisés.
Caractéristiques.
Projet.
Alimentations stabilisées.
TP 1 - TRACE DE CARACTERISTIQUES - DIODES ET TRANSISTORS
1 - Caractéristique de diodes
Rappel
La puissance des diodes de redressement et zener utilisées est limitée à 1 W.
Montage
On alimentera le montage avec une tension E continue constante; Pour le tracé de la caractéristique point
par point, on fera varier la résistance R en série avec la diode. Il est conseillé de disposer toutes les
résistances prévues en barette sur la plaquette de montage et de déplacer les fils connecteurs.
Mesures
Tracer la caractéristique d'une diode point par point.
Interprétation
Déterminer sa tension seuil, et sa résistance dynamique en un point. Vérifier qu'une des branches de la
caractéristique est une exponentielle. Déterminer expérimentalement la pente de la droite log(I/Io) = f(U).
Compléments
Visualiser à l'oscilloscope cette caractéristique ou celle d'une autre diode.
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2 - Caractéristiques du transistor
On commencera par étudier les caractéristiques d'un transistor 2N2219A (ou un transistor BD 137)
considéré comme un dipôle (collecteur/émetteur) commandé par le courant de base.
Rappel
Voir en Annexe 1 les limites en courant et puissance des transistors utilisés.
Montage
E = 15 volts
RB varie de 0 à 1 MΩ
RB
n
T
Le montage de la figure 1 sera appelé circuit de polarisation par la suite.
t
RC
t R
T
C
B : la base
C : le collecteur
E : l'émetteur
3
B
E
E
Figure 1 - Circuit de polarisation d'un transistor
Détermination des paramètres
- Ecrire l'équation des mailles pour les mailles base-émetteur et emetteur-collecteur du montage de la
Figure 1.
- Déterminer les valeurs minimales de RB et RC pour que le montage fonctionne en toute sécurité
(transistor et résistances). On introduira une valeur minimale pour RB dans le circuit au moyen d'une
résistance étalon permanente RT.
Mesures
- Pour une valeur de quelques k? de RC, mettre en évidence les états bloqué et saturé du transistor. Pour
ce faire, on mesurera les tensions base-émetteur VBE et collecteur-émetteur VCE pour ces états et on
interprétera les résultats au moyen de la loi des mailles:
E = (RB + RT ) IB + VBE
E = RC IC + VCE
- Tracer la caractéristique d'entrée-sortie du transistor IC en fonction de IB pour une valeur de RC choisie
de façon à atteindre la saturation.
- Tracer les caractéristiques IC en fonction de VCE pour 3 ou 4 valeurs de RB en faisant varier la
résistance de collecteur RC.
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Interprétation
- En déduire le gain en courant du transistor.
- Indiquez sur les caractéristiques les régions correspondant au transistor bloqué, saturé et en régime
linéaire.
- Indiquer la droite de charge du transistor pour une valeur donnée de RC sur le réseau de caractéristiques
IC = f (VCE), ainsi que le point de fonctionnement du transistor pour une valeur donnée de RB. Indiquez le
point correspondant sur la courbe IC = f (IB).
T.P 2 - PRINCIPES DE LOGIQUE - APPLICATIONS ET PROJET
Ce TP illustre l'utilisation du transistor en commutation à travers la réalisation, d'une part de portes
logiques, d'autre part d'un petit moteur à vitesse variable.
On se propose d'abord de réaliser une porte logique élémentaire - le NON - à partir d'un transistor, puis
de comparer son comportement à celui du circuit intégré équivalent. On travaillera en logique positive :
- Niveau 1 - vrai - tension entre 2,4 V et 5 V
- Niveau 0 - faux - tension inférieure à 0,8 V
La présence ou l'absence de tension sera contrôlée par des diodes électroluminescentes (LED) et des
mesures plus précises seront effectuées à l'oscilloscope. Les circuits seront alimentés en 5 V (ne pas
dépasser 5,25 V) et les LED protégées par des résistances de 470 Ω.
1 - Circuit NON (ou Inverseur) en composants discrets
Montage
Réaliser et prévoir le fonctionnement du circuit ci-dessous (figure 2). T est un transistor 2N2219A ou BD
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t
Rb
u
5V
r
E D
1
U t Rd
e
T
E D
2
1
K
Figure 2 - Circuit NON
Rc
Us
t Rd
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Détermination des paramètres
Calculer Rb et Rc pour que le transistor passe de l'état bloqué à l'état saturé quand on ferme l'interrupteur
K.
Mesures
Vérifier que les tensions Ue et Us satisfont aux conditions mentionnées ci-dessus. Rassembler tous ces
résultats dans un tableau.
Prolongement
Circuit NON-ET
Réaliser le schéma ( figure 3). Les LED et leurs résistances de protection ne sont pas représentées.
Effectuer les tâches décrites dans le paragraphe précédent. Conclure.
E1
Rc
r
Rb
r
E2
Rb
r
S
1
1
5V
G
Figure 3 - Circuit NON-ET
Dans le TP ne sera réalisé et étudié que l'un des deux montages décrits ultérieurement. Consulter
l'enseignant.
2 - Circuit NON (ou Inverseur) en circuit intégré
Montage
Le 7404 est une puce à 14 broches comportant 6 portes inverseuses. Le schéma en est donné cidessous. Vous utiliserez des composants 74LS04 (technologie TTL-Low power Schottky) ou 74HC04
(technologie CMOS). Ces composants étant des circuits actifs, ils devront être alimentés (sous 5 V).
+
E1
S1
E4
S4
E5
E2
S5
S2
E3
S3
E6
S6
-
Figure 4 - Aspect et alimentation du 7404
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Mesures
- Tester une porte au moyen d'une LED protégée.
- Tester le bon fonctionnement des 6 portes de la puce.
- Tracer la caractéristique Us = f(Ue) d'une des portes point par point au multimètre, pour Ue croissant et
décroissant.
Interprétation
- Comparer les observations avec le cas d'une porte NON en technologie discrète.
- Les deux caractéristiques coïncident-elles? Déterminer la (les) tensions de basculement. Une porte TTL
peut-elle être utilisée dans la zone 0,8 V < Ue < 2,4 V?
Prolongement
Tracer la caractéristique de la même porte à l'oscilloscope.
3 - Application : détecter la présence d'un corps opaque
LED
infrarouge
E
Photo
transistor
t R
d
t R
c
Rb
E
3
r
t R
t
Ue
n
Vous disposez du matériel suivant
- une led rouge
- une led infrarouge
- un transistor BD 137
- un récepteur infra rouge (photo-transistor)
On prendra Rc = Rd = 100 Ω.
Rd t U
s
Figure 5 - Détection d'un objet opaque
Mesurer le gain du transistor et réaliser le montage sur une plaquette
Quelques précautions à prendre
Placer la diode infrarouge et le photo-transistor face à face à une distance qui n'excède pas 3 cm. Le
phototransistor et la diode infrarouge se présentent tous les deux sous la forme de diode : ne pas les
confondre. Le phototransistor est de couleur sombre. Le collecteur est relié à la plus petite broche
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Etude du montage
On désire que dans ce montage, le transistor BD 137 fonctionne en commutation, et que les tensions Ue et
Us ne soient jamais comprises entre 0,8 et 3 volts.
- Indiquer quelles doivent être les valeurs des tensions Ue, Us, et URb, lorsqu'un objet opaque est
interposé entre la diode et le phototransistor, puis en l'absence de cet objet. Reporter ces valeurs dans un
tableaux.
- On veut connaître les valeurs des résistances Rb et Rt pour que les conditions précédentes soient
satisfaites. Donner à chacune d'elles des valeurs comprises entre 100 Ω et 2200 Ω, tout en maintenant
constamment Rt=Rb
- A l'aide d'un multimètre, mesurer les tensions Ue et Us et aux bornes de la résistance Rb
- Interpréter ces résultats : pour chaque valeur des résistances Rt et Rb signaler les e niveaux logiques,
indiquer l'état du transistor T2, calculer l'intensité des courants qui traversent le phototransistor,.
Rassembler ces résultats dans un tableau. Justifier l'intervalle de variation des résistances.
Prolongement
Remplacez Rc par une bobine. et placez le disque aimanté entre la diode infrarouge et le phototransistor.
Vous avez réalisé un moteur qui tourne. A l'aide d'un fréquencemètre, déterminez sa vitesse de rotation.
Vous pouvez faire croître très légèrement la tension d'alimentation : observez comment évolue la vitesse de
rotation.
T.P 3 - AMPLIFICATION DES PETITS SIGNAUX
L'amplification en tension est utilisée dans de très nombreux montages électroniques dont les amplificateurs
de postes radio et de chaîne hi-fi.
Le but de ce TP est de mettre en évidence les notions de:
- résistance d'entrée en régime dynamique
- gain en tension (et son lien avec le gain en courant)
- courbe de réponse en fréquence
- fréquence de coupure
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1 - Détermination du point de repos
Analyse
Choisir R3 pour avoir un courant Ic à saturation de 30 mA. Choisir la résistance de protection R1 et la
résistance R2 pour que le point de polarisation du transistor soit à mi-chemin entre blocage et saturation. (
Mesurer le gain en courant du transistor à l'aide du multimètre.)
Mesures
Faire le montage du circuit de polarisation et vérifier les valeurs de Vbe, Vce, Ib et Ic.
2 - Amplification des petits signaux
Montage
n
On complétera le montage numéro 2 et on réalisera le schéma de la figure 6.
t R
2
t R
1
C2
c
a
Ue
c
C1
E = 15 V
3
Rb
r
E
Us
t Rc
C1 = C2 = 1µF
Figure 6
Observations
En jouant sur l'amplitude du signal d'entrée Ue, on observera l'écrêtage du signal de sortie, soit du coté
blocage, soit du coté saturation, soit simultanément si le point de repos est bien choisi. Régler Ue pour que
l'amplification ait lieu sans distorsion notable du signal de sortie en superposant Ue et Us à l'oscilloscope.
Mesures
- Pour une fréquence de 10 kHz, étudier l'influence de la résistance Rc sur le gain en tension Us/Ue.
Tracer la courbe décrivant l'évolution du gain en fonction de résistance équivalente Rc, R2
- Tracer sur papier log la courbe de réponse en fréquence de cet amplificateur pour des valeurs des
capacités C1 et C2 de 1 µF et pour Rc = 220 kΩ.
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Interprétation
En déduire la bande passante de l'amplificateur sachant que les fréquences de coupure sont celles pour
lesquelles le gain présente une perte de 3 dB par rapport au palier et que G(dB) = 20 log(Us/Ue).
Prolongement
Evaluer le gain en tension théorique du montage et comparer aux mesures.
T.P 4 - REDRESSEMENT ET FILTRAGE
1 - Redressement simple alternance
Montage
Pour observer l'effet de seuil, monter en série une résistance de 1 kΩ et une diode et examiner
simultanément la tension aux bornes de l'ensemble, aux bornes de la résistance et de la diode
A
- - - d
B
Rc= 1kΩ
n
E
Diode IN 4004
rr
Rc
Figure 7 - Redressement simple alternance
Mesure
Représenter sur un même graphique l'évolution de ces différentes tensions en fonction du temps. Que se
passe-t-il quand la tension appliquée est inférieure à 0,6 volts? Indiquer les conséquences observables des
caractéristiques de la diode sur la forme de ces courbes.
Prolongement
On peut tracer à l'oscilloscope les caractéristiques de cette diode. Choisir le point masse entre la diode et
la résistance.
ATTENTION
Pour obtenir un fonctionnement correct, il faut éviter que la masse de l'oscilloscope et la masse du
générateur ne soient reliées au même point (ici la terre). Pour des raisons de sécurité, on mettra le
générateur en masse flottante plutôt que l'oscilloscope à cause de la haute tension utilisée dans ce dernier
pour le fonctionnement du tube cathodique. Pour réaliser cette masse flottante, on utilisera un prolongateur
sans fiche de terre.
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2 - Redressement double alternance
Montage et analyse du montage
on réalise un pont de Graetz au moyen de 4 diodes lN 4004 pour redresser la tension délivrée par le
générateur. Le générateur peut délivrer des tensions alternatives comprises entre 3V et 24V. Le courant
dans ce type de diode doit être = lA et la tension aux bornes de la diode < 400 V.
M
ƒ
ƒ
Q
a
E
N
ƒ
ƒ
Rc
t
vers
l'oscilloscope
P
Figure 8 - Redressement double alternance
En tenant compte des caractéristiques des résistances et de la diode, calculer la valeur minimale à donner à
la résistance de charge Rc. Dans quelles conditions expérimentales doit-on se placer pour pouvoir
observer la tension de sortie à l'oscilloscope (tension aux bornes de la résistance Rc)? Se placer dans ces
conditions.
Mesure
Représenter l'évolution de la tension aux bornes de la résistance de charge en fonction du temps . Lorsque
la tension délivrée par le générateur est de 3V, mesurer l'intervalle de temps pendant lequel aucun courant
ne traverse la résistance de charge. Indiquer les conséquences observables de la tension de seuil sur la
forme de cette courbe.
Indiquer le trajet du courant dans le pont pendant chaque période.
Prolongement
si l'on veut vérifier le passage intermittent du courant dans chacune des diodes, on ajoute deux résistances
dans ce montage (voir figure 9). Visualiser en même temps les tensions aux bornes des deux résistances.
M
ƒ
R1
ƒ
R
Q
Rc = R1 = R2 = 1 kΩ
N
ƒ
R
R2
Rc
ƒ
E
a
t
vers
l'oscilloscope
Figure 9
P
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3 - Filtrage
Montage
On relie les points N et Q par un condensateur de capacité C. Attention aux polarités si vous utilisez un
condensateur polarisé! On alimente ce circuit sous une tension de 12 volts.
M
ƒ
ƒ
E
a
N
Q
ƒ
C
C
ƒ
Rc
t
vers
l'oscilloscope
P
Figure 10
Mesure
On va examiner l'influence de C sur la sortie pour Rc = l kΩ par exemple.
On caractérise la qualité du montage par le taux d'ondulation, rapport de la variation crête à crête de la
tension de sortie sur la composante continue de cette tension. Donner les valeurs de ce coefficient pour
différentes valeurs de C. Comparer le taux d'ondulation mesuré au taux d'ondulation théorique. Pour
calculer le taux d'ondulation théorique, utiliser la relation décrivant la décharge d'un condensateur aux
bornes d'une résistance. La fréquence du courant du secteur est de 50 Hz
Prolongement
On peut ensuite remplacer les diodes par un pont du commerce DXWB156. Examiner l'influence sur la
sortie de la valeur de la capacité C et de la valeur de la résistance de charge Rc.
Interprétation
Montrer que le taux d'ondulation est inversement proportionnel à C Rc
TP 5 - ALIMENTATION STABILISEE EN TENSION
Le but de ce TP est de:
- créer un générateur de tension stabilisée pouvant délivrer une puissance de 1W
- de caractériser quantitativement cette stabilisation
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1 - Alimentation stabilisée par une zener seule
Montage et analyse du montage
Le montage précédent, pont de Graetz et condensateur de 4,7 ou 10 µF, est considéré comme un
quadripôle Ql.
A l'entrée de Ql, on applique la tension de sortie du secondaire d'un transformateur 220 V / 24 V. A la
sortie du quadripôle, on place en série une diode Zener régulatrice BZX d'une dizaine de volts et sa
résistance de protection R.
t R
24V
-
Q1
Ue
]
®
z
Us
]
Figure 11 - Alimentation stabilisée par une zener seule
Sachant que la diode ne peut pas dissiper une puissance supérieure à 1,3 watt, quelle est la valeur minimale
à donner à la résistance de protection R (résistance radio 0,25 ou 0,50 watt) ? Si on donne à R la valeur
2K, sous quelle tension maximale faut-il alimenter ce circuit?
Le secondaire du transformateur délivre des tensions de 3V, 6V, 9V, 12V, 18V et 24V, déterminer
l'intervalle dans lequel doit se situer la valeur de la résistance de charge Rco pour que cette alimentation
réalisée avec une diode Zener de 10 volts fournisse toujours une tension stabilisée. (Voir annexe 4)
Mesures
- Prendre pour Rc une valeur égale à 2Rco. Mesurer l'influence sur la tension de sortie Us (composante
continue et composante variable) des variations de la tension d'entrée (changer la sortie du transformateur).
- Utiliser la sortie 18 V du générateur alternatif, mesurer l'influence sur les tensions Us et Ue (composante
continue et composante variable) des variations de la résistance de charge.
Interprétation
- Rechercher expérimentalement la valeur minimale de la résistance de charge en dessous de laquelle
l'alimentation n'est plus stabilisée. Comparer les valeurs théorique et expérimentale
- Caractériser quantitativement la stabilisation. En déduire la résistance dynamique de la diode Zener.
- Tracer sur un même graphique les courbes expérimentales et théoriques donnant l'évolution de la partie
continue et de la partie variable de la tension de sortie en fonction de la résistance de charge.
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2 - Alimentation continue réalisée avec une zener et un transistor
Montage et analyse
Pour diminuer la sensibilité de l'alimentation à la charge, réaliser le montage ci-dessous. ( On utilise un
condensateur de 100µF)
t R
b
12V
-
Q1
z
Us
Rc
T
r
R1
4
Figure 12 - Alimentation stabilisée par une zener et un transistor
La résistance Rb vaut 2,2 kΩ ; Rl vaut 1 kΩ pour le transistor 2N 2219 A et 100 Ω pour le transistor BD
137 ( ce sont des NPN). Rc prendra différentes valeurs.
Calculer, en vous référant à l'annexe 4, les caractéristiques de cette alimentation en fonction des valeurs
des paramètres.
Mesure
Déterminer expérimentalement les caractéristiques de cette alimentation.
- Rechercher le domaine où cette alimentation est stabilisée.
- Mesurer la partie continue et variable des tensions de sortie et d'entrée..
- Déterminer son taux de stabilisation.
- Déterminer la puissance maximale que peut délivrer cette alimentation stabilisée.
Comparer ces valeurs aux valeurs théoriques et à celles obtenues avec le montage précédent. Conclure.
Prolongement : Remplacer la partie régulation du montage précédent par un régulateur du commerce et
comparer rapidement les performances.
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Annexe 1 - Appareils utilisés
Tous les appareils utilisés, qu'ils soient destinés à fournir une tension (alimentations), un signal périodique
(générateurs), ou à examiner une tension périodique ou non (oscilloscopes) possèdent une masse. Les
tensions délivrées ou mesurées sont des différences de potentiel par rapport à un potentiel de référence
(celui de la masse) qui est généralement le potentiel de la carcasse de l'appareil. Cette masse est reliée à la
prise de terre du secteur. C'est une obligation légale pour des raisons de sécurité. Elle n'est
malheureusement pas toujours respectée dans les faits. Il en résulte que, en principe, tous les appareils ont
le même potentiel de référence. Cette masse, matérialisée par une borne noire ou par le conducteur
extérieur des câbles coaxiaux, peut être à l'origine de disfonctionnements dans les montages :
Si les masses de deux appareils sont reliées respectivement à deux points A et B d'un circuit
quelconque, ces deux points sont au même potentiel, c'est à dire en court-circuit.
Les deux voies d'un oscilloscope ont le même potentiel de référence : inutile de tenter de
mesurer les d.d.p. aux bornes de deux portions d'un circuit si ces deux portions n'ont pas un
point commun dont le potentiel sera le potentiel de référence.
Pour isoler la masse d'un appareil de la terre, c'est à dire des autres masses, on peut utiliser un
transformateur d'isolement : en général le secondaire d'un transformateur n'est pas relié à la
carcasse ; on parle de masse flottante.
Avant d'appliquer une source de tension à un montage, i1 est conseillé d'observer la tension délivrée à
l'oscilloscope : composante continue et composante alternative. On en profitera pour se remettre en
mémoire le fonctionnement de l'oscilloscope : calibrage des voies, modes AC et DC, positionnement de la
ligne de base, synchronisation, fonctionnement en bicourbe ou en XY, etc...
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Annexe 2 - Diodes et Transistors
Le Transistor à jonction
- Le transistor est avant tout, du point de vue de l'électronique, une source de courant IC commandée par
un courant, le courant de base IB.
- Un transistor est constitué de deux jonctions accolées dos-à-dos. Il y a donc deux types de transistors:
NPN et PNP, suivant le dopage de la région centrale appelée base. Les régions extérieures sont appelées
collecteur et émetteur et ne sont pas interchangeables car elles ont des dopages différents.
Deux jonctions tête-bêche ne laisseraient passer aucun courant, car en opposition. Dans le transistor, la
base est, par construction, trés étroite et c'est cette proximité qui permet l'effet dit "effet transistor": le
passage d'un courant dans la jonction base-émetteur a pour effet d'abaisser la barrière de potentiel de la
jonction base-collecteur qui devient conductrice "en inverse", c'est-à-dire qu'elle laisse passer un courant
de même sens que le courant base-émetteur, pourvu qu'une tension convenable existe entre le collecteur et
l'émetteur. Ce courant, qui s'ajoute au courant base-émetteur est important et proportionnel au courant
base-émetteur.
- On commencera par étudier le circuit de polarisation pour un transistor 2N2219A (ou un transistor BD
137) considéré dans un premier temps comme un dipôle (collecteur/émetteur) commandé par le courant
de base.
- Lorsque le courant de base est nul, aucun courant ne traverse le dipôle collecteur/émetteur: on dit que le
transistor est à l'état bloqué. Lorsqu'on augmente le courant de base au delà d'une certaine limite, le
courant de collecteur cesse d'augmenter: on dit que le transistor est à l'état saturé, qui est caractérisé par
VCE de l'orde de 0 Volt. Entre ces deux limites, le courant de collecteur est proportionnel au courant de
base.
Les transistors utilisés lors de ces manipulations possèdent un gain en courant de 100 à 300. Le transistor
peut dissiper une puissance de 600 mW au plus et le courant de collecteur ne doit pas dépasser 600 mA.
Si un transistor de type 2N2219A est utilisé, on limitera le courant de collecteur à 200 mA pour éviter son
échauffement étant donné qu'il n'est pas monté sur un refroidisseur à ailettes. Le potentiel de diffusion de la
jonction base-émetteur est de l'ordre de 0,6 Volt. La tension de claquage collecteur/émetteur est de l'ordre
de 30 V, la tension de claquage base/émetteur de l'ordre de 5 V. Pour les caractéristiques des autres types
de transistor, on se reportera aux notices des constructeurs.
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Annexe 3 - Projet : moteur à courant continu
1 - Objectifs
• Utiliser le transistor en commutation.
• Découvrir une application.
• Caractériser la saturation et le blocage.
2 - Principe
Une maquette de moteur électrique peut-être réalisée à partir d'une boussole entourée par un bobinage.
Lorsqu'un courant le traverse, l'aiguille aimantée tourne et après quelques oscillations se stabilise
parallèlement à l'axe de la bobine.
Si le courant passe momentanément, l'aiguille aimantée reçoit une impulsion et peut tourner plusieurs fois
autour de son axe.
On obtiendra un "moteur" si chaque impulsion entraîne l'aiguille aimantée dans le même sens de rotation
que la précédente.
Les fonctions
Trois organes sont donc nécessaires pour construire ce moteur
• Un rotor : pièce aimantée, libre de se mouvoir autour d'un axe. Il est constitué de 3 pièces, un
rivet creux qui tourne sur un clou pointu, un disque en rhodoïd dont une partie est transparente, une lame
de rasoir.
• Un stator : aimant temporaire constitué par une bobine plate réalisée avec du fil émaillé.
• Un dispositif permettant de détecter la position du rotor et d'alimenter la bobine au moment
opportun. C'est le rôle habituel des balais dans un moteur à courant continu. Ici cette fonction sera remplie
par un dispositif électronique.
3 - Le matériel mis à votre disposition
Pour réaliser le rotor et le stator :
- aiguille de couturière
- rivet creux
- un disque transparent
- du fil émaillé
- lame de rasoir
Pour réaliser le dispositif électronique :
- une led rouge
- deux résistances de 470 Ω
- une led infrarouge
- une résistance de 100 Ω
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- un transistor BD 135
- un récepteur infrarouge (phototransistor)
- un circuit imprimé
Vous aurez à utiliser également une plaquette de bois, de la colle, des punaises, un fer à souder qui pourra
vous être prêté, etc....
4 - Fabrication
Rotor
Découper un disque de 7 cm de diamètre dans du plastique transparent.
Introduire en force le rivet creux dans le disque en rhodoïd.
Coller sur ce disque la lame de rasoir.comme indiquer sur le schéma.
S'assurer que l'ensemble est équilibré.
Stator
Utiliser le fil émaillé pour réaliser une bobine de section rectangulaire de 3x8 cm., de 1 cm de
hauteur.et constituée de 50 spires.
La maintenir sous cette forme à l'aide d'un morceau de colle ou (et ) de ruban adhésif.
Oter l'émail isolant qui recouvre ce fil à ses deux extrémités.
Le dispositif électronique de commutation
On place de part et d'autre du rotor un émetteur et un récepteur infrarouge. Le récepteur infrarouge est
placé dans le circuit de base du transistor. La bobine est placée en série avec une led et une résistance
dans le circuit collecteur base de ce transistor. On aura choisi les résistances de polarisation du transistor
BD135 pour qu'il passe de l'état bloqué à l'état saturé.
Les étapes du montage
Enlevez le vernis avec un chiffon imbibé d'acétone, percer les trous.
Placez puis soudez chaque composant l'un après l'autre.
Vérifiez votre montage : l'interposition d'un objet opaque entre la diode infrarouge et le photo
transistor doit entraîner l'extinction complète de la diode.
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Quelques précautions
Placer la diode infrarouge et le photo-transistor face à face à une distance qui n'excède pas quelques cm.
Etude de la maquette
Se reporter au chapitre II paragraphe II-3
Annexe 4 - Alimentations stabilisées
1 - Alimentation stabilisée en tension réalisée à l'aide d'une Zener seule
1-1) Tension de sortie et domaine de fonctionnement en alimentation stabilisée.
On suppose tout d'abord qu'il n'y a pas dans ce circuit de diode Zener. (sur le schéma : interrupteur
ouvert.) La tension aux bornes de la résistance Rc est
U(Rc ) = Ue
Rc
R +Rc
Si l'on ferme l'interrupteur trois situations peuvent se présenter.
- Soit U(Rc) < Uz : La tension Zener n'est pas atteinte. Aucun courant ne traverse la diode. La
diode ne peut pas jouer un rôle de régulateur. La tension de sortie est égale à U(Rc)
- Soit U(Rc) > Uz : La Zener maintient la tension à la valeur Uz. La tension de sortie est égale à Uz
- Soit U(Rc) = Uz : On peut calculer La valeur Rco de la résistance Rc telle que cette condition
soit satisfaite.
Uz = Ue
Rc
R + Rc
soit
R c0 = R
Uz
Ue −U z
1-2) Puissance maximale
Lorsqu'elle est stabilisée cette alimentation délivre une tension constante et une puissance qui sera d'autant
plus importante que la charge sera plus faible.
U 2z
Pmax =
Rc0
soit
Pmax =
Uz (U e − Uz )
Rc0
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1-3) Ondulation et taux de stabilisation
La charge et la décharge du condensateur engendre une ondulation de la tension d'entrée et donc une
ondulation de la tension aux bornes de la diode Zener. Le courant de décharge est presque constant et il
est le même quelque soit la valeur de la résistance de charge.
Ic =
(U e − Uz )
R
Ce qui entraîne une variation de la tension aux bornes du condensateur
∆U e =
(Ue − Uz ) ∆t
CR
et une variation du courant qui traverse la résistance R
Dans le cas où la résistance Rc est grande, la quasi totalité du courant traverse la diode Zener. En
modélisant la caractéristique de cette diode par une portion de droite de résistance dynamique ρ, on peut
écrire alors
∆U z =
ρ
∆U e
ρ+ R
Le rapport a, des variations des tensions Uz et Ue, caractérise la stabilisation de la tension liée à l'utilisation
conjointe de la diode Zener et de sa résistance de protection dans ce circuit
a=
ρ
ρ+ R
Si ρ est de quelques dizaines d'ohms, R de quelques milliers d'ohms, et si l'ondulation de Ue est d'une
dizaine de volts, l'ondulation de Uz ne sera que de 0,1 V.
Pour mesurer a, il faut faire en sorte que les variations de Ue et de Uz puissent avoir des valeurs
mesurables. On utilisera des condensateurs de faible capacité (10 µF)
2 - Alimentation stabilisée en tension réalisée à l'aide d'une diode Zener et d'un
transistor
2-1) Tension délivrée
On s'intéresse à la portion de circuit contenant des composants aux bornes des quelles la tension reste
constante et indépendante de l'intensité des courants qui les traversent. On s'intéresse à la portion de circuit
contenant la diode Zener, la résistance de charge, la base et l'émetteur du transistor ce qui permet d'écrire
l'égalité
Us = Uz - UCE
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Donc la tension de sortie peut être constante et sa valeur est alors à peu près égale à la tension Zener Uz
diminuée de 0,6 V.
2-2) Domaine où cette alimentation est stabilisée
Lorsqu'une résistance est branchée aux bornes de cette alimentation stabilisée, le courant qui traverse le
transistor est constant même si la tension à ses bornes varie du fait de la charge et de la décharge du
condensateur. Lorsque la tension aux bornes du transistor devient nulle, le transistor ne peut plus assurer
la stabilisation de la tension, ce qui se traduit par la condition
UCE > 0
ce qui entraîne
Ue - Us= Ue - Uz + 0,7= UCE > 0
et cette condition doit être satisfaite à tout moment.
Les variations de la tension d'entrée sont liées à la décharge du condensateur dans la résistance de charge
principalement. On peut déterminer l'incidence de ce courant sur les variations de tensions aux bornes du
condensateur compte tenu de sa capacité
∆U e =
∆Q I ∆t (Uz − Useuil )
=
=
∆t > (Ue − U )
C
C
C Rc
On en déduit la valeur minimale de la résistance pour laquelle cette relation est satisfaite.
'
R c0 =
(Uz −Useuil ) ∆t
C (U e − Uz + 0, 7)
On peut rendre cette résistance beaucoup plus petite que la résistance Rco calculée dans la fiche
précédente en utilisant un condensateur de grande capacité.
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