Physique appliquée

Physique appliquée
BAC 2004 TELEMETRE DE MARCHE ARRIERE POUR VEHICULE A Compréhension générale du dispositif. A1. Etude du fonctionnement pour une distance de un mètre "11. ?100 = 6 ms
A12. Vitesse des ultrasons : v =2d/ ?100 = 2/0,006 = 333 m/s.
A2. Etude du fonctionnement à distance variable
"21. ? = kd soit k = ? / d = 6 10-3 / 1= 6 10-3 s m-1.
A3 Pour une distance de quarante centimètre.
"31a) ? 40 = k*0,4 = 6 10-3*0,4 = 2,4 10-3 s.
b)
[pic]
B.Etude de l'émission B1- Générateur 40 kHz
B11. La loi des mailles donne :
VE1 - VC1 - VB1 = 0
B12.
a) Porte NON : tant que [pic], on a un " Ø" en entrée et donc un "1"
(VA1 = VDD) en sortie.
Donc VA1 = VDD pour t < 12,5 µs.
b) On a un "1" en entrée, donc un "Ø" en sortie : VB1 = 0
c) Voir document réponse.
d)
[pic]
e) D'après le circuit de charge, VC1 augmente exponentiellement en tendant
vers VA1 = VDD.
De plus, on a vu au 1. que VE1 - VC1 - VB1 = 0 Or VB1 = 0 d'où VC1 =
VE1
On voit donc que
[pic]
B13.
a) VA1 bascule, car VE1 devient supérieur à [pic] et l'entrée de la porte 1
passe d'un "Ø" logique à un "1" logique, donc sa sortie bascule à "Ø"
(Porte NON).
On a donc VA1 = 0 et par conséquent VB1 = VDD = 12V (Porte 2)
b) La tension aux bornes d'un condensateur ne peut pas subir de
discontinuités, VC1 est donc la même juste avant et juste après 12,5 µs.
Donc
[pic]
B14.
a) On a vu au B.1.3 a) que VA1 = 0 et VB1 = VDD
Voir document réponse.
b)
[pic]
c) Donc VC1 se décharge puis se charge exponentiellement en tendant vers -
VDD
On a toujours VE1 - VC1 - VB1 = 0
soit VC1 = VE1 - VB1 = VE1 - VDD
VC1 (25 µs-) = VE1 (25 µs-) - VDD
[pic]
[pic]
B15.
TB1 = 25 µs donc
[pic](correspond au titre !)
B2 - Générateur de trame 125 Hz
B21.
a) VB2 = VDD ("1" logique)
b) Pour que VA2 = 0, il faut que la porte 3 ait un "1" logique en entrée,
c'est-à-dire que [pic]
c) Pour D' : [pic]donc D' bloquée
Pour D'' : [pic]donc D'' passante
d)
[pic]
e) (1 = r"C2
f) ( 1 = ( 1ln 3 = r'' C2 ln 3 = 9 x 103 x 100 x 10-9 ln 3 = 1 ms
B22.
a) ( 2= r'C2 ln 3 = 63,7 x 103 x 100 x 10-9 ln 3 = 7 ms
b) VB2 est la sortie de la porte 4 et VA2 est son entrée.
VB2 est donc l'inverse logique de VA2.
Ici VA2 = VDD = "1", donc VB2 = "Ø" = 0V
c) Voir document réponse. L'axe est gradué en ms.
1. Document réponse 1
[pic]
Document réponse 2
[pic]
B3 Signal appliqué à l'émetteur d'ultrasons
[pic]
Phrase à compléter :
La tension Vus est constituée d'une tension rectangulaire de fréquence 40
kHz (fréquence F) produite pendant 1 ms (durée d'émission) toutes les 8 ms
(période d'émission).
C Etude de la réception
C1- Amplification
C11.
Quand la tension est positive VEmax = 0,06 V et VSmax = 12 V
donc[pic]
C12.
Le circuit AO1 fonctionne en régime linéaire car
[pic]lorsque VE est positive.
C13.
V+ = VE
[pic](pont diviseur de tension car I- = 0)
En régime linéaire V+ = V- donc [pic]
d'où [pic]
[pic]
C14.
Lorsque VE < 0, la tension VS devrait être négative, mais l'AO atteint
alors sa saturation basse de 0 V.
La sortie de l'AO1 sature donc à 0 V et Vs = 0 V.
C15.
On a vu que A01 était saturé, car les équations du régime linéaire
(Vs = AVE) tendraient à donner Vs < 0 V.
Or la tension de saturation basse est de 0 V. On obtient alors 0 V à la
place des valeurs négatives.
On a donc un fonctionnement en régime saturé.
C2 - Détection de crête
C21.
VS = Vfilt (reliés par un fil)
C22.
D est passante quand Vs = Vfilt
Voir document réponse.
C3- Circuit de mise en forme
C31.
a)
[pic]
Si [pic] , on a "ø" en entrée de la porte 5 donc Vrec = 0
Si [pic] , on a "1" en entrée de la porte 5, donc Vrec = "1" = VDD
b) C'est à [pic]que se produit le basculement.
C32.
La porte 5 étant parfaite (courant d'entrée nul), on a un pont diviseur
avec R5 et R6 : [pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Remarque : on pouvait aussi faire par superposition des sources VF et Vrec
C33.
a) VF2 est la plus grande des 2 tensions, donc celle qui correspond à 0 V.
[pic]
[pic]
b) d'où[pic]
[pic]
c) Document réponse 4 Mise en forme du signal reçu
[pic]
D . Traitement du signal reçu
D1 - Bascule RS
D11.
a) Voir document réponse (on utilise la table de vérité donnée).
b) [pic]
= a 100 VDD = 0,25 ´ 12 = 3V
D12.
a) Voir document-réponse.
b) [pic]
avec thaut20 = T - q 20 = 8 - 1,2 = 6,8ms
= a 20 VDD = 10,2V
D13.
a) On trace la droite à partir des deux points déterminés lors des
questions précédentes (I.1.b et I.2.b)
b) Par lecture graphique » 8,4V
D2 - Filtre
D21. En très basses fréquences, le condensateur est équivalent à un circuit
ouvert(impédance très grande).
En très hautes fréquences, le condensateur est équivalent à un
fil(impédance très faible).
Ce qui donne les schémas équivalents :
Très basses fréquences :
[pic]
Très hautes fréquences :
[pic]
Le filtre est donc de type passe- bas.
D22.
Pont diviseur de tension avec R7 et C3 :
[pic]
En module :
[pic]
D23.
[pic]
[pic]
Ces valeurs confirment que le filtre est un passe-bas.
D24. On sait que pour un filtre RC, la pulsation de coupure est [pic]
donc ici [pic]
D25. 25Hz >> fc (fc = 1Hz)
Le fondamental est les harmoniques de Vbasc sont à des fréquences très
supérieures à la fréquence de coupure du filtre et sont donc complètement
éliminés. Il ne reste donc plus que la composante continue du
signal.
[pic] E- Synthèse
E11.
On utilise la caractéristique tension moyenne-distance pour répondre à la
question, car on a vu que us = .
us 3V
8,4V 10,2V +VDD
|avertissement |discontinu lent |discontinu |continu |
|sonore | |rapide | |
|distance d |entre 1m et 40cm|entre 40cm et |entre 20cm et 0m|
| | |20cm | |
E12.
L'avertissement sonore est d'abord discontinu et lent, toujours au même
rythme, puis discontinu rapide lorsque l'obstacle est à moins de 40cm et
enfin l'avertissement sonore est continu à partir du moment où l'obstacle
est à moins de 20cm.
[pic]
[pic]