Évaluation Amplificateurs Linéaires Intégrés (Version Terminale)

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1 Introduction

La taille des arbustes, notamment des ceps de vigne, constitue une étape indispensable des travaux du monde agricole. C’est souvent cette étape qui garantira la qualité d’une cueillette future. Cette découpe peut s ‘effectuer à l’aide de machines spécialisées comme le sécateur électrique ELECTROCOUP qui va faire l’objet de notre étude. 2 Présentation de l’équipement de coupe

L’ensemble est constitué de deux parties reliées entre elles par un câble électrique

assurant le passage de l’énergie électrique : • Un ensemble de batteries électrique en série et rechargeables, monté sur un ceinturon

hermétique. • Le sécateur électrique qui est constitué de deux parties :

* La partie « organe mécanique de coupe » qui permet la rotation d’une lame de coupe autour d’une lame immobile d’un angle inférieur à 90°. * La partie « commande des organes de coupe » qui gère, contrôle et commande les diverses fonctions de la coupe après réception des informations de l’opérateur (grâce à un bouton poussoir)

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On souhaite étudier la fonction 3432 « Détecter un état thermique », du sécateur INFACO. 3 Schéma fonctionnel de la fonction 3432 « Détecter un état thermique limite »

Cette fonction permet de détecter un état thermique limite du sécateur. Cet état thermique peut arriver lors du blocage de la lame. Cet état thermique limite concerne le moteur du sécateur qui peut s’endommager si le

courant reste élevé pendant une « certaine » durée.

Tension image du courant moteur Im

Etat thermique limite atteint

3434

Etat thermique limite du moteur Energie électrique 12V=

Tension initiale U0

U1=U0-K.Im

AMPLIFIER une

TENSION 34321

RETARDER les VARIATIONS de

TENSION 34322

DETECTER une TENSION LIMITE

34323

3431

Constante de temps �

J

L

M N

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La mesure de la différence de potentiel VJ image du courant du moteur lors d’une coupe normale donne ceci :

Par contre lors d’un blocage de la lame on peut modéliser la différence de potentiel au point J par un échelon de 2V :

Calibre : 1V/div 100ms/div

0.1

VJ

2V

t(s)

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4 Schéma structurel de la fonction 3432 « Détecter un état thermique »

5 Travail demandé 5.1 Etude de la fonction 34321 « Amplifier une tension » Schéma structurel :

R11

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����Question1 Quel est le mode de fonctionnement du LM324 ? Justifier votre réponse. ����Question2 Quelles sont les tensions d’alimentation VCC (positive) et VEE (négative) ? En déduire les valeurs maximale et minimale de la sortie VL (on considère les tensions de déchets de l’ALI égales à 0V). ����Question3 La diode D8 associée à la résistance R10 permet de créer une différence de potentiel V+ constante de 0.3V. Redessiner le schéma équivalent en remplaçant R10 et D8 par son générateur équivalent VD8=0.3V. ����Question4 Déterminer l’expression de VL en fonction de VJ, VD8, R9 et R11. ����Question5 Calculer VL pour VJ=0V.

Calculer VL pour VJ=2V et VJ=1.7V. Peut-on atteindre ces différences de potentiel ? Justifier votre réponse.

����Question6 Calculer la valeur minimale de VJ pour avoir VL=VEE. ����Question7 Tracer la différence de potentiel VL sur le document réponse 2 dans le cas d’un blocage de la lame. 5.2 Etude de la fonction 34322 « Retarder les variations de tension » Schéma structurel :

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Etude statique : ����Question8 VL=4V, C4 est chargé, quel est alors le courant IC4 ? ����Question9 Déterminer alors l’expression de la différence de potentiel VM en fonction de R12, R13 et VL. Calculer VM. ����Question10 VL=0V depuis longtemps, quelle est alors la valeur de VM ? Etude dynamique : ����Question11 VL passe de 4V à 0V, déterminer l’expression de la constante de temps �1. Calculer

la valeur de �1. ����Question12 Donner l’expression de VM(t) (lors du passage de VL de 4V à 0V). ����Question13 Tracer la différence de potentiel VM sur le document réponse 2 (lors d’un blocage de la lame). ����Question14 VL passe de 0V à 4V, déterminer l’expression de la constante de temps �2 en déduire

la valeur de �2. ����Question15 Donner l’expression de VM(t) (lors du passage de VL de 0V à 4V).

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5.3 Etude de la fonction 34323 « Détecter une tension limite » Schéma structurel :

On considère que le condensateur C7 est chargé. ����Question16 Quelle est la valeur du courant qui circule dans C7. ����Question17 En déduire la simplification du schéma structurel. Redessiner alors le schéma structurel simplifié. ����Question18 Quel est le mode de fonctionnement du LM324. ����Question19 Déterminer la condition sur VM pour que la sortie VN soit égale à 0V. ����Question20 Déterminer la condition sur VM pour que la sortie VN soit égale à 12V. ����Question21 Tracer la caractéristique de transfert VN en fonction de VM. ����Question22 On souhaite que 0,4 seconde après le blocage de la lame, la sortie du LM324 passe de 0V à 12V. Calculer alors la valeur de V1. ����Question23 Tracer l’allure de la différence de potentiel VN sur le document réponse 2 (lors d’un blocage de la lame).

V1

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����Question24 Déterminer alors la valeur de α du potentiomètre P1. Rappel : 5.4 Conclusion Pour répondre aux questions suivantes, il faut s’aider des résultats trouvés lors de l’étude du schéma structurel de la fonction 3432 « Détecter un état thermique limite ». ����Question25 Tracer l’allure de la différence de potentiel VM sur le document réponse 1 (lors d’une coupe normale). ����Question26 Tracer l’allure de la différence de potentiel VL sur le document réponse 1 (lors d’une coupe normale) ����Question27 Tracer l’allure de la différence de potentiel VN sur le document réponse 1 (lors d’une coupe normale dans le cas de V1 calculé lors de la question 22). ����Question28 Conclure quant à la validité de la fonction 3432 « Détecter un état thermique limite »

P1

αP1

(1-α)P1

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Document réponse 1

t(s)

VJ(V)

VL,VM (V)

t(s)

VN(V)

6V

12V

2V

1V

0V

12V

11V

10V

9V

8V

7V

6V

5V

4V

3V

2V

1V

0V

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 t(s)

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Document réponse 2

t(s)

VJ(V)

VL,VM (V)

t(s)

VN(V)

6V

12V

2V

1V

0V

12V

11V

10V

9V

8V

7V

6V

5V

4V

3V

2V

1V

0V

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

t(s)

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