LA LAMPE DE POCHE SANS PILE Partie 2

1. La partie du programme traitée, les objectifs et les capacités

visées

Partie du programme visée

T4

POURQUOI ÉTEINDRE SES

PHARES QUAND LE MOTEUR

EST ARRÊTÉ ?

Cycle terminal

Tronc commun

2. Comment recharger un accumulateur ?

Capacités Connaissances

Mettre en évidence expérimentalement

le rôle d'une diode dans un circuit.

Réaliser le redressement d'un courant

Savoir que le redressement permet de passer d'un courant

électrique alternatif à un courant électrique continu.

Classe, niveau

Terminale ASSP (effectif 32 élèves : 2 groupes de 16 en sciences)

2. Les conditions matérielles, l’effectif de la classe, la durée

Salle de TP : 8 postes

Durée : une séance de 1h30.

Matériel par poste : un générateur 6V, une diode, une lampe 6V, des fils conducteurs, une résistance 1 k,

trois condensateurs de capacités différentes (47µF, 1000 µFet 4700 µF), deux capteurs voltmètre, un

système d’acquisition + ordinateur.

3. Situation déclenchante

Afin de comprendre le fonctionnement de la lampe de poche qu’il vient d’acheter, Aurélien décide de

démonter la lampe. Voici ce qu’il voit :

Problématique : Aurélien se demande comment le courant alternatif créé par la dynamo est transformé en

courant continu pour pouvoir charger la batterie.

4. Démarche guidée

1°) Repérer sur la photo de droite la dynamo et la batterie. C1

2°) A l’aide du document ci-dessous, identifier les autres composants electroniques visibles sur la photo

de droite ? C1

Résistance Condensateur DEL diode

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Partie A : Rôle d’une diode alimentée en courant continu

De nombreux appareils électroniques (télécommande, appareil photo, baladeur …) sont alimentés par des

piles. Or, si celles-ci sont installées dans le mauvais sens, le circuit électronique risque d’être endommager.

C’est pourquoi, la plupart des fabricants rajoute une diode au niveau de l’alimentation.

1°) Proposer une façon de placer la diode pour protéger

le circuit électronique d’une inversion de polarité. C2

Observation : Si les piles sont montées correctement, …………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… C5

Inverser les bornes du générateur pour simuler une erreur de polarité.

Observation : Si les piles sont montées à l’envers, ……………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… C5

2°) En déduire le rôle d’une diode alimentée en courant continu mis en evidence dans l’expérience. C4

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3°) Dans le circuit imprimé de la lampe de poche, les diodes sont-elles alimentés en courant continu ? C5

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Faire valider la proposition par le professeur. Remplacer les piles par un générateur continu 6 V

et le circuit électronique par une lampe 6 V et réaliser le montage. C3

+ Circuit

électronique

Partie B : Rôle d’une diode alimentée en courant alternatif

En utilisant un montage similaire au montage précédent mais alimenté en

courant alternatif, on souhaite observer l’effet d’un diode sur un courant

alternatif.

Ci-contre, on donne l’allure de la tension aux bornes du générateur

en fonction du temps.

1°) A partir des observations de la partie A, peut-on

prévoir l’allure de la tension aux bornes de la résistance ? C2

Si oui, compléter le graphique ci-contre. C5

+ 2°) Afin de vérifier votre réponse, réaliser le montage ci-contre.

3°) L’expérience confirme-t-elle votre prévision ? C4

…………………………………………………………………………………………………………………………

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4°) Le courant qui traverse la résistance est-il toujours alternatif ? C5

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Partie C : Rôle d’un pont de diodes

Le circuit imprimé de la lampe de poche contient 4 diodes

branchées d’une certaine manière qu’on appelle pont de

diodes. Le but de cette partie est de mettre en évidence

son interêt.

1°) Réaliser le montage ci-contre. C3

2°) Qu’observe-t-on ? C5

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Appeler le professeur pour qu’il vérifie le montage.

Devant le professeur, paramétrer l’acquisition des tensions

(Durée d’acquisition 50 ms, 501 points. Synchronisation sur

le voltmètre 1). Fermer l’interrupteur puis lancer l’acquisition.

Appeler le professeur pour qu’il vérifie le montage.

Puis, devant lui, fermer l’interrupteur et lancer

l’acquisition.

Système

d’acquisition

Capteur

voltmètre 1

Capteur

voltmètre 2

+

Système

d’acquisition

Capteur

voltmètre 2

Capteur

voltmètre 1

3°) Expliquer l’évolution de la tension aux bornes de la résistance en illustrant par des fléches de couleurs

différentes le sens du courant à chaque alternance. C2

4°) Que peut-on dire du sens du courant qui traverse la résistance ? C5

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5°) Le courant qui traverse la résistance est-il continu ? C5

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Partie D : Le rôle d’un condensateur ajouté en parallèle.

1°) Réaliser le montage ci-contre.

Attention à la polarité du condensateur. C3

2°) Compléter le graphique ci-contre : C5

Appeler le professeur pour

qu’il vérifie le montage.

Puis, devant lui, fermer

l’interrupteur et lancer l’acquisition.

+

Système

d’acquisition

Capteur

voltmètre 2

Capteur

voltmètre 1

3°) Ouvrir l’interrupteur et remplacer le condensateur

de 47 F par un condensateur de 1 000 F.

Fermer l’interrupteur et relancer l’acquisition.

Compléter le graphique ci-contre : C5

4°) Faire de même avec un condensateur de 4 700 F.

Compléter le graphique ci-contre : C5

5°) Quel condensateur permet d’obtenir une tension pratiquement continue ? C4

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Explication :

Lorsque la tension à la sortie du pont de diode augmente, le condensateur se charge (il stocke de l’énergie)

Lorsque la tension à la sortie du pont de diode tend à diminuer, le condensateur se décharge (libère

l’énergie stockée) dans la résistance, ce qui évite une baisse brutale de la tension.

Si le condensateur a une capacité suffisante et qu’il se décharge très lentement, les variations de la

tension peuvent être négligeables, la tension est quasiment continue.

Partie E : Retour à la problématique : « Comment le courant alternatif créé par la dynamo est

transformé en courant continu pour pouvoir charger la batterie ? »

A partir des résultats expérimentaux, répondre à la problématique en précisant les composants

nécessaires ainsi que leur rôle. C5

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………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

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5. Expérimentation

Partie A :

Les élèves réalisent par exemple le montage ci-contre et

vérifient que lorsque les piles ont bien branchées, la diode

laisse passer le courant et le circuit électronique est alimenté normalement

Lorsque les piles sont mal branchées, la diode bloque le passage du courant et protège alors le circuit

électronique d’une mauvaise alimentation.

Partie B :

Les élèves vérifient qu’une diode alimentée en courant alternatif supprime les alternances négatives et

permet un redressement mono alternance.

Partie C :

Les élèves mettent en évidence qu’un pont de diodes alimenté en courant alternatif permet le

redressement double alternance du courant alternatif.

Partie D :

Les élèves mettent en évidence que le condensateur rajouté en parallèle avec le pont de diodes permet de

lisser le courant redressé et obtenir ainsi un courant continu.

6. La communication du résultat et la confrontation à l’hypothèse -

Restitution :

Les expériences des parties A et B permettent de valider ou d’infirmer les hypothèses des élèves et de

mettre en évidence le rôle d'une diode dans un circuit.

Les expériences des parties C et D permettent réaliser le redressement d’un courant alternatif etde

mettre en évidence le rôle du condensateur branché en parallèle et l’influence de sa capacité sur le

lissage.

+ Circuit

électronique

7. L’écriture de la trace écrite :

Rôle d’une diode

Une diode est un composant qui ne laisse passer le courant que dans le

sens indiqué par son symbole.

Si la tension aux bornes de la diode est supérieure à la tension de seuil

la diode est passante, sinon elle est bloquée et se comporte comme un

interrupteur ouvert.

La diode, permet d’obtenir un redressement mono-alternance d’un courant alternatif.

Pont de diodes

Le pont de diodes permet d’obtenir un redressement double-alternance d’un courant alternatif.

Lissage

L’ajout d’un condensateur permet de lisser la tension. Si le condensateur est bien choisi, on obtient une

tension qui est proche d’une tension continue.

Pour redresser correctement un courant alternatif il faut donc un pont de diode et un condensateur

8. La structuration des connaissances

Maureen étudie le redressement d’un courant délivré par une dynamo.

Voici plusieurs oscillogrammes qu’elle a relevés sur l’écran de son oscilloscope.

Voici les réglages de l’oscilloscope :

Oscillogramme 1 Oscillogramme 2 Oscillogramme 3

Oscillogramme 1

1°) Comment s’appelle une telle tension ? C1

2°) La fréquence de la tension observée est-elle de 50 Hz ? C4

Oscillogramme 2

3°) Quelle est la valeur de la tension maximale observée ? C3

4°) Comment s’appelle une telle tension ? C1

5°) Comparer la fréquence cette tension à celle de la tension observée sur l’oscillogramme 1 ? C3

6°) Parmi les montages proposés ci-après, indiquez celui (ou ceux) qui ont permis d’observer cette tension.

C2

Oscillogramme 3

7°) Comment s’appelle une telle tension ? C1

8°) Quelle est la valeur de la tension observée ? C3

9°) Quel composant Maureen a-t-elle branché pour passer de l’oscillogramme 2 à l’oscillogramme 3 ?

Comment l’a-t-elle branché ? C2

Balayage horizontal: 5 ms/div.

Sensibilité verticale : 2 V/div.