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Nuellec Florian
Binôme : Dorso Nolwenn

Terminale STI électronique

Dossier de physique
Thème de BAC 2012
Studio Photo numérique

Lycée Alain René Lesage

Sommaire

Séquence 1B : Lumière & couleurs
Séquence 2 : Détecteur de surintensité
Séquence 3 : Hacheur
Séquence 4A : Générateur de courant
Séquence 4B : Led de puissance
Séquence 5A : Capteur RVB Photodiode

Studio Photo Numérique

Séquence 1B

Thème 2012 Baccalauréat STI Académie de Rennes

PHYSIQUE
APPLIQUEE
SEQUENCE 1B
LUMIERE
&
COULEURS

Pré requis

Objectifs

Séquence 1A

Vérifier les acquis de la séquence 1A

Remarques
Durée : 1h

Sauf indication, on prendra C=3 108 m/s
pour toute la séquence

1

Cette séquence est composée de 2 parties :
 Ondes électromagnétiques
 Colorimétrie
1) Ondes électromagnétique
Dans cette partie nous allons nous intéressés à la fréquence, la
longueur d'ondes, et la couleur d'une onde électromagnétique.
Une onde électromagnétique est formée d'un champ électrique et d'un
champ magnétique qui se propagent dans un milieu. Ces deux champs
sont perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation. L'onde
électromagnétique permet de représenter le rayonnement
électromagnétique ( transfert d'énergie ) .
Ici , E représente le champs électrique et B représente le champ
magnétique.
λ

Voici les diverses équation :
f=1/T
λ =CT=C/f
Avec λ en mètres (m), C en mètres/secondes (m/s), T en secondes (s)
et f en Hertz (Hz).
C étant la Célérité ( ou vitesse de propagation de ces ondes dans le
vide)

Tout d'abord il faut savoir que les limites de longueurs d'ondes des radiations
visibles sont 0.38µm et 0.78µm.
Nous pouvons maintenant répondre aux questionnaire.
a) Un signal lumineux met 0.3ms pour parcourir une distance de 60 km dans une
fibre optique d'un réseau de télécommunications. Calculer la vitesse de propagation
de la lumière dans le verre constituant la fibre. Comparer à celle dans le vide.
On sait que dans une fibre optique, en 0.3ms la lumière fait 60Km, donc en
1ms elle fait 200Km, en 1 s la lumière fait donc 200 000Km, c'est 2/3 de la
vitesse de la lumière dans le vide.
b) Une radiation lumineuse a pour longueur d'onde λ=0.45µm. Quelle est sa
période, sa fréquence et sa couleur ?
D'après ce tableau (séquence 1A)
une longueur d'onde de 0.45µm
correspond a la couleur bleu
F=C/ λ = (3*
6.66*
Hz
T=1/F = 1.5*

)/(0.45*

=

s

c) Une lampe à vapeur de sodium émet une radiation de période 1.963*
l'air. Calculer sa fréquence et sa longueurs d'onde. Quelle est sa couleur?

s dans

F=1/T= 5.09*
Hz
λ=C*T=(3*
)* (1.963*
)=5.889*
m=588nm
D'après le tableau précédent, une longueur d'onde de 588nm correspond à la
couleur bleu.
d)Calculer les fréquences d'émission des ondes hertziennes suivantes: radar λ=1cm ;
four à micro ondes λ=12.2cm ; TV λ=20 cm
F=C/ λ
Radar : F = (3*
)/(0.01)= 3*
= 30GHz
Micro ondes : F = (3*
/(0.122) = 2.45901639 × 109 Hz = 2.46 GHz
TV : F = (3*
/(0.2) =1.5 GHz

2) Colorimétrie
Tout d'abord il faut savoir que la synthèse additive est principalement utilisée par
les télévision ou les moniteurs. La synthèse soustractive est principalement
utilisée par les peintres, et les imprimantes couleurs.
Nous pouvons maintenant répondre aux questionnaire.
a) Rappeler les couleurs primaires et secondaires des synthèses additive et
soustractive.
Pour la synthèses additive les couleurs primaire sont le rouge, le bleu et le
vert et les couleurs secondaire sont le cyan, le magenta et le jaune.
Pour la synthèse soustractive les couleurs primaire sont le cyan, le magenta
et le jaune et les couleurs secondaires sont le bleu le vert et le rouge.
b) Rappeler la définition des couleurs complémentaires pour les systèmes additive
et soustractive. Citer 2 exemples.
Une couleur est la complémentaire d'une autre si le mélange des deux
donne du blanc en synthèse additive ou du noir en synthèse soustractive.
C) Quelles sont les couleurs complémentaires du magenta et du vert ?
Grâce au cercle chromatique il est facile de connaitre la couleur
complémentaire d'une autre.

La couleur complémentaire du
magenta est le vert (clair).

La couleur complémentaire du vert
est le rouge.

d) 2 filtres posés sur une source de lumière blanche. Quelle est la teinte obtenue si
les 2 filtres sont de couleurs suivantes :
 Rouge-vert ? Noir
 Vert-rouge ? Noir
 jaune-vert ? Vert
 jaune bleu ? Noir
 Magenta-bleu ? Bleu
e) Comment apparaît un citron si on l'éclaire par une lumière :
 Bleue ? Noir
 Verte ? Vert
 Rouge ? rouge

f) Que lit-on sur le panneau ci-dessous éclairé en lumière verte ?

REIMPRIMER
On lit "mimer"
g) Que lit-on sur le panneau ci-dessous éclairé en lumière rouge ?

REIMPRIMER
On lit "Reprimer"

Thème 2012 Baccalauréat STI Académie de Rennes

PHYSIQUE
APPLIQUEE
SEQUENCE 2

DETECTION DE
SURINTENSITE

Pré requis
 Comparateur
 Diodes

Objectifs
Etude expérimentale de la détection de
surintensité dans les LED RVB

Remarques
GBF; alimentation continue; oscilloscope
ou carte d'acquisition ; carte détection
surintensité.

1

Evaluation
Expérimentale : durée 2H

Correction de l'évaluation
Fonctionnement du circuit intégré linéaire A1.

C'est un comparateur non inverseur.
Le seuil de basculement se trouve entre 110mV et 120mV.
on le retrouve grâce au pont diviseur suivant:

f) Les seuils de basculements de A2 et A3 sont les mêmes que celui de A1 car
les résistances sont identique, ce sont aussi des comparateurs non inverseur.

Fonctionnement du montage global.
a)
R(V)

G(V)

B(V)

SR

SG

SB

S1(V)

S2(V)

Etat de la LED ( Allumée ou
Eteinte)

0
0
0
5

0
0
5
5

0
5
5
5

5,19mV
5,19mV
5,19mV
4,15V

5,19mV
5,19mV
4,15V
4,15V

5,19mV
4,15V
4,15V
4,15V

10,6µV
3,63V
3,66V
3,68V

5,19mV
4,15V
4,15V
4,15V

Eteinte
Allumée
Eteinte
Allumée

Synthèse de fonctionnement :
On a :

Les résistances R7/R8/R9 fonctionnent comme des sondes de courant. Si
le courant dépasse (1.13*
)/0.1 = 0.0113 A , alors la détection de
surintensité s'active.
Comme l'ensemble A1,A2,A3, D13,D14,D15 fonctionne comme une porte
"OU", il suffit que Ir OU Ig OU Ib dépasse le seuil ( 11.3mA) pour qu'il y ait
une surintensité, à ce moment là le système s'arrête.

Séquence 3
Hacheur Série
Correction de l'évaluation
Fonctionnement du hacheur. (rapport cyclique de 0.75)
Chronogrammes de Ve;UH;Uc;IL

Tableau récapitulatif
Ve

T1

T2

Ucharge

1

Saturé

Saturé

+UCC

0

Bloqué

Bloqué

0

Quand Ve sera au niveau logique 1, les transistors T1 et T2
seront saturés. Le condensateur se chargera sous +UCC.
Quand Ve sera au niveau 0 les 2 transistors seront bloqués, le
condensateur effectuera un cycle et se déchargera à travers la
diode de roue libre. On peut apercevoir que le courant IL reste
quasiment inchangé.

Voici le schéma que nous allons étudier :

On place le jumper J1 entre les bornes 5 et 6 du connecteur DIL-10 ( pour
éteindre les LEDs D1 et D2).
On mesure V+ et V-. On trouve V+=V-= 1.45V.
L'AOP U4:D fonctionne en régime linéaire.
On a V-=R11=1.45V et R11=62 Ohms, on a donc IR11= 1.45/62 = 23mA.
Comme il y a un noeud en 3, chaque série de LED a un courant la traversant et
égale a IR11/2 ; 23/2= 11.5mA.
Pour modifier cette valeur, on change la valeur de RV4, cela va changer V+ et
donc V-.
On va faire un tableau pour voir l'évolution de Ve,IR11,Iled et Uled :
Position de 10
20
30
40
50
60
70
80
Rv4
Ve(V)
0.04 0.1
0.5 0.21
0.3
0.6
1.154 1.664
LR11(mA) 0.45 1.61 2.41 3.38
4.83
9.67
18.6
26.8
Iled (mA) 0.22 0.8
1.2 1.69
2.415 4.835 9.3
13.4
Uled (V)
2.6
2.7
2.735 2.775 2.814 2.906 3.014 3.08

90
2.067
33.3
16.65
3.129

Iledde ULED
Iled En fonction
0,018
0,016
0,014
0,012
0,01
Iled

0,008
0,006
0,004

malgré son apparence la diode ne
bloque jamais ( défaut de la carte)

0,002
0
0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Nous allons maintenant faire une simulation sous ISIS.
On règle RV4 a 60%, dans ce cas Ve=0.24V et IR11 =0.24/62 = 3.87mA.
Iled15 et Iled 18 = 1.91mA , on vérifie ensuite la valeur de IR11, on mesure
3.82mA.
On mesure V+ et on trouve V+=0.24V car U4D fonctionne en linéaire, tout
comme le transistor Q5.
SI on modifie RV4 on aperçois que l'éclairement est progressif.
On place maintenant RV4 à 70% :
Iled 15 = Iled 18 = 4.35 mA
et on court-circuite la LED 16:
Iled15=0.04mA
Iled18=8.66mA
On court-circuite aussi la LED 17:
Iled15=0.01mA
Iled18=8.69mA

Voici le schéma que nous allons étudier :

On place le jumper J1 entre les bornes 4 et 7 de DIL-10, comme U2:A fonctionne
en linéaire, V+=V-, donc Veropin = V2A+= (10*R2)/(R3+R2) = 220 mV.
R1= 2.2 Ohms, donc Ir1 = 220mV/2.2 = 0.1 mA.
Nous allons maintenant calculer Ir1 pour les autres positions du jumper.

Si J1 est entre 3 et 8 on a :

Si J1 est entre 2 et 9 on a :

Si J1 est entre 1 et 10 on a :

v2A+ = 27000/58700 = 459mV

V2A+ = 27000/41700 = 647mV

V2A+ = 27000/29700 = 0.9V

donc IR1 = 0.459/2.2 = 2.08mA

donc IR1 = 0.647/2.2 = 294mA

donc IR1 = 0.9/2.2 = 0.41A

Nous allons maintenant tracer la courbe de l'éclairement en fonction de la
puissance.
La courbe n'est pas linéaire,
il n'est pas judicieux de
l'éclairer au max car on ne
gagnera pas assez de
puissance.

l'éclairement en fonction de la distance :

Quand la distance est multipliée par 2, l'éclairement est divisée par 4

Et l'éclairement en fonction de l'angle :

L'éclairage n'est pas uniformément réparti dans tout les sens

Voici le schéma que l'on va étudier :
On fait varier V et on mesure la
tension Vr, on calcul Vp et Ip.

Dans cette partie, nous allons afficher l'évolution de l'intensité qui passe dans la
photodiode en fonction de sa tension. Nous allons réaliser 2 courbes, l'une à 25
lux et l'autre a 300 lux.
On obtient ceci :

IP = f(VP)

On aperçoit que Ip est négatif, donc le courant circule de la cathode vers l'anode.
Le courant de court-circuit (valeur de Ip quand Vp = 0V) est de -7µA pour
E=25lux et de -36µA quand E=300 Lux

Pour la suite, on utilisera ce shéma :

L'AOP fonctionne en régime linéaire car la sortie est reliée a l'entrée -.
Donc V+ = V- = 0V
On va modifier la tension au bornes de l'ampoule et la distance et on va
mesurer E;Us;ICC, on trace ensuite la courbe ICC=f(E).
on obtient :




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