Clignotant
On souhaite réaliser un clignotant faisant intervenir 2 DEL (rouge et verte), dont l’éclat reste constant pendant leur éclairement.
1. Expérience préliminaire
a. Etude du montage Soit le montage ci-contre :
Le générateur délivre une tension E = 6 V.
Sachant que les LED utilisées supportent en général environ 2 V et 15 mA, calculer la valeur de la résistance de protection.
R R
R R
E u 2 donc u E 2 6 2 4V
u 4
u R i donc R 267
i 0,015
En pratique, on prendra 470 Ω
Quelle diode doit s’éclairer ? La LED rouge , car elle sera passante.
Que se passe-t-il si on permute les bornes du générateur ? Le sens du courant est inversé ; la LED verte devient passante et s’éclaire.
b. Réalisation pratique
Réaliser le montage.
Vérifier expérimentalement les réponses aux questions précédentes.
(Faire vérifier par le professeur !) c. Premier essai du clignotant
Prendre le GBF et le brancher sur un oscilloscope.
Régler le signal : sinusoïdal, 100 Hz, amplitude 6V. (Faire vérifier par le professeur !)
Brancher le GBF ainsi réglé à la place du générateur précédent. Régler la fréquence à 1 Hz environ.
Qu’observe-t-on pour les diodes ? Elles clignotent. A –t-on réalisé le clignotant désiré ? L’éclairement des LED n’est pas constant (il augmente et diminue progressivement ). Le clignotant n’est pas celui demandé.
Pour améliorer le montage, nous allons utiliser l’amplificateur opérationnel (AO) fonctionnant en comparateur.
rouge
verte E
Rp
2V uR
2. Montage « comparateur à un seuil »
a. Expérience 1
Réaliser le montage ci-contre en utilisant un générateur de tension réglable (ne pas dépasser la tension d’alimentation : 15V ).
(Faire vérifier par le professeur !)
Que vaut la tension uE-M ?
uE-M = 0 ( normal, car c’est la tension aux bornes d’un fil)
Noter la valeur de us lorsqu’on fait varier la tension E du générateur.
us = + 15V ( us = + Vsat).
Pour quelle valeur de E y a-t-il changement ? la valeur de us ne change pas
Recommencer en permutant les bornes du générateur us = - 15V ( us = - Vsat)
Donc, la valeur de E qui fait basculer la sortie : E = 0V
b. Expérience 2
Réaliser le montage ci-contre avec un second générateur de tension continue variable E’. (Faire vérifier par le professeur !)
Choisir une valeur de E’ ( mesurée au voltmètre ).
Que vaut la tension uE-M ? uE-M = E’ = 4 V
Noter la valeur de us lorsqu’on fait varier la tension E du générateur. Pour quelle valeur de E y a-t-il changement ?
Si E > 4V, us = +15 V Si E < 4V, us = -15 V
Recommencer avec d’autres valeurs de E’.
Si E > E’, us = +15 V Si E < E’, us = -15 V
Recommencer en permutant soit les bornes du générateur E’, soit les bornes du générateur E, soit les 2 en même temps. Observations
c. Conclusion sur l’AO
Dans les montages précédents, l’amplificateur opérationnel fonctionne en saturation
La sortie S de l’A.O. n’aura que 2 états électriques possibles : +Vsat ou - Vsat
Si UE+
M > UE-
M ….. alors US = +Vsat
Si UE+
M < UE-
M alors US = - Vsat
( on note Vsat, la tension d’alimentation )
d. Expérience 3 d.1. Schéma
us E-
E
E+ -
E+ V
M E’
E+
us
E- E
E - E+
V M
E+
Dans le montage précédent, on veut remplacer le voltmètre par 2 diodes tête- bêche.
Quelle sera la valeur de la tension de sortie us ? l’ampli opérationnel fonctionne en saturation, donc :+Vsat ou - Vsat
En déduire la nouvelle valeur de la résistance de protection des LED.
s R R s
R R
u u 2 donc u u 2 15 2 13V u 13
u R i donc R 867
i 0,015
En pratique, on prendra 1 kΩ
d.2. Réalisation pratique
Réaliser le montage(Faire vérifier par le professeur !)
Faire varier la tension du générateur E .
Conclusions.
Quand E>E’, la LED rouge s’allume car us = +15V Quand E<E’, la LED verte s’allume car us = -15V
Quel appareil pourrait-on utiliser pour que la tension E varie automatiquement et périodiquement dans le temps un GBF
3. Le clignotant
a. Montage
Réaliser le montage en remplaçant le générateur de tension E par un G.B.F. délivrant une tension alternative sinusoïdale.
Choisir judicieusement :
la valeur de l’amplitude à utiliser : il faut que l’amplitude soit supérieure à E’.
la fréquence à utiliser pour que le clignotement soit visible. Fréquence assez faible ( de l’ordre de 1 Hz)
Qu’observe-t-on ? (Faire vérifier par le professeur !) Les LED clignotent
b. Questions
Augmenter la fréquence pour obtenir des oscillogrammes stables à l’oscilloscope.
us E-
E
E+ -
M
E’ rouge
verte R’p
Compléter l’oscillogramme 1 en représentant la tension us en concordance avec la tension ue. Indiquer les éclairements des LED.
Quand ue > 4V, us = +15V ; la LED rouge est passante Quand ue < 4V, us = -15V ; la LED verte est passante
Remarque : si E’ est > l’amplitude de ue, on aura us = +15V et la LED rouge sera toujours allumée.
Comment expliquer la différence de durée d’éclairement des 2 diodes ? La durée pendant laquelle ue > 4V est plus petite que la durée pendant laquelle ue < 4V ; donc la LED verte est plus longtemps allumée que la LED rouge.
Remarque : si E’ est > Uemax, on aura us = +15V et la LED verte sera toujours allumée.
Quelle tension uE-
M faut-il utiliser pour que la durée d’éclairement des 2 diodes soit la même ? Il faut prendre uE-
M = E’=0 V Compléter l’oscillogramme 2
Oscillogramme 1
Quelle différence y a-il par rapport à la manipulation du § 1.c ? Les LED clignotent mais leur éclairement est constant lorsqu’elles sont
passantes
Tension E’ = 4V
Evaluation
1,a Calcul de Rp
**
diode/ permutation
**
1b Montage +vérification
**
1,c
GBF +oscillo
(montage+signal)
****
1,c Observations
**
2,a
Montage avec AO
(alimentation+générateur +
voltmètre)
***
2,a tension Ue-m
*
2,a Valeur de ue qui fait basculer
*
2,b Montage avec AO
***
2,b tension Ue-m
*
2,b Valeur de ue qui fait basculer
*
2,b Observations
*
2,c Conclusions
**
2,d,1 valeur de us
*
Calcul de Rp
**
2,d,2
Montage avec LED
observations
***
3,a
Montage complet avec GBF amplitude +fréquence
***
**
3,b oscillogramme 1
**
différence durée
éclairement
****
même éclairement
**
différence
*
Matériel
Alimentation +15V - 15 V Plaquette P60
Ampli op
2 Générateurs tension réglable GBF
Oscillo
Résistances 470 Ω 1kΩ 3,3 kΩ 1 LED rouge + 1 LED verte
