allumage automatique de lampe de jardin

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Allumage automatique de lampe de jardin
STI2D - SIN
Le système étudié permet d'allumer automatiquement à la tombée de la nuit l'éclairage extérieur d'une
maison et de l'éteindre au lever du jour.
Les seuils d'allumage et d'extinction sont réglés à la fabrication du produit.
Schéma fonctionnel :
Luminosité
Captage de la luA
minosité
FP1
Comparaison
Commande de
puissance
FP4
B
FP3
Lampe
Réglage du seuil
de luminosité
FP2
Schéma structurel :
+VCC
+VCC
+Vcc
Lampe
·
VF
RE
D1
VL
ID1
Luminosité
R1
R7
+Valim
IC1
▷∞
-
·
R2
-Valim
VA
·
·
IRE
IC
R6
IB
+
·
230 V
50 Hz
D2
T1
VS
VB
R4
R3
R5
VREF
IC1 : +Valim = +Vcc -Valim = 0 V
+Vcc = +9 V VREF = +3,5 V
l'ensemble R2 + R3 est réglé à 10 k
R2 : résistance ajustable 10 k
R1 : photo-résistance
RE : Relais
Lycée Cantau
R3 = 4,7 k
R4 = 10 k
R5 = 2,7 k
R6 : à déterminer
R7 = 560 
Résistance du relais : RRE = 200 
D1 : DEL rouge VF = 1,4 V
D2 : diode 1N4148
T1 : transistor 2N2222
100 <  < 300
VCE sat = 0,2 V
VBE = 0,7 V
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Etude structurelle :
1) Etude de la fonction FP1 :
R1 est une photo-résistance, sa caractéristique R1 = f(luminosité) est définie dans le tableau ci-dessous :
Luminosité en Lux
0,01
0,1
1
10
100
1000
R en 
2M
400 k
80 k
12 k
3,2 k
1k
1.1)
Ecrire la relation liant VA à R1, R2, R3 et Vcc.
1.2)
Pour les éclairements correspondants à l'obscurité (0,01 Lux), 10 Lux, 100 Lux et plein soleil
(1000 Lux), calculer les valeurs numériques des tensions VA.
Présenter vos résultats dans le tableau 1 du document réponse
2) Etude des fonctions FP2 et FP3 :
2.1)
Déterminer le régime de fonctionnement : Linéaire ou Commutation du circuit intégré IC1.
2.2)
En déduire les valeurs possibles de la tension VB.
2.3)
Préciser la condition sur les tensions d'entrée V+ et V- de IC1 pour que la tension VB change
d'état.
2.4)
Déterminer la relation liant V+ à VREF, R4, R5, VB.
2.5)
Application numérique : Calculer les 2 valeurs possibles de V+.
2.6)
En déduire les 2 valeurs de la tension VA provoquant le changement d'état de la tension VB.
2.7)
Tracer la fonction de transfert de la structure associée à FP2 et FP3 sur le document réponse.
2.8)
Montrer que la valeur de VREF permet de faire varier les seuils de basculement de IC1.
2.9)
Vérifier les calculs en simulant le circuit sous Crococlip.
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3) Etude de la fonction FP4 :
Le transistor T1 fonctionne en commutation.
Il est saturé lorsque VB = +9 V et bloqué lorsque VB = 0 V.
Transistor T1 Bloqué
Transistor T1 Saturé
VB = 0 V
VB = +9 V
IB =
IC=
VCE=
Modèle équivalent
entre C et E
Etat de la diode D1
4) Synthèse de fonctionnement :
4.1)
Compléter sur le document réponse les chronogrammes des tensions VB, VS.
Préciser l'état du transistor T1 (Bloqué ou Saturé).
Préciser l'état de la diode D1 (Eteinte ou Allumée).
Préciser la valeur efficace de la tension VL aux bornes de la lampe.
4.2)
Préciser avec exactitude sur le chronogramme les valeurs de VA provoquant le changement d'état
de VB.
4.3)
En déduire les 2 valeurs de R1 provoquant le changement d'état de VB.
4.4)
En déduire les 2 valeurs de l'éclairement provoquant le changement d'état de VB, donc l'allumage
ou l'extinction de l'éclairage extérieur.
Préciser la luminosité provoquant l'éclairement de la lampe et la luminosité provoquant l'extinction de la lampe.
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DOCUMENT REPONSE
Tableau 1 : (question 1.2)
Valeur de R1
Tension VA
Obscurité 0,01 Lux
10 Lux
100 Lux
Soleil 1000 Lux
Fonction de transfert : (question 2.7)
VB (V)
9
0
9
VA (V)
Chronogrammes : (question 4.1)
VA (V)
8
0
VB
temps
VS
temps
Etat de T1
temps
Etat de D1
temps
VL
temps
temps
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