Réalisation d`un Générateur Basses Fréquences (GBF)

Classe Préparatoire CPE Lyon
Institution des Chartreux
Année 2007/2008
Groupe : 4
Pierrick Ausseresse
Paul de Fromont
Damien Jaillard
Cédric Deveraux
Professeur :
Mr Tarazona
Spé
Spé
Spé
Spé
A
A
D
A
Travaux d'Initiative Personnelle Encadrés
Variabilité, limite, stabilité
Réalisation d'un
Générateur Basses Fréquences
(G.B.F)
module oscillateur du GBF
A travers la réalisation de notre TIPE et guidés par le thème proposé,
nous avons souhaités allier une recherche théorique à une réalisation pratique.
Aussi, avons nous décidé de nous lancer dans la conception d'un Générateur
Basses Fréquences. En effet, ce système rejoint parfaitement le thème de
l'année: variabilité par sa nature, limite, imposée par les composants,
stabilité, pour la qualité des signaux obtenus. Durant ce projet, nous avons
suivis une démarche scientifique et industrielle. Nous avons décidés de ne
recourir qu'à la seule électronique analogique afin de mettre en pratique nos
connaissances théoriques acquises en classes préparatoires.
De plus la conception de ce GBF, du choix des composants à la réalisation des
plaques de circuits imprimés nous a permit de mieux appréhender les
exigences d'une réalisation industrielle.
LE PROJET
Nous avions pour idée de concevoir un GBF, créant nous mêmes les modules
qui le composeraient.
Il nous fallait ainsi définir les différentes fonctions qu'assumeraient notre
montage.
Nous nous sommes donc arrêtés sur le système suivant :
–
–
–
1- Récupération du signal secteur.
2- Construction des différents signaux de sortie (sinus,
créneaux, triangles, continu).
3- Amplification en puissance des différentes sorties.
Nous pensions, au départ, faciliter l'utilisation de notre appareil en optimisant
l'interface utilisateur, avec la création d'un afficheur graphique (Ohm-mètre,
Ampère-mètre, Volt-mètre). Cependant, la conception d'un tel système fut
jugée trop gourmande en temps et investissement, d'où notre décision de nous
limiter à la réalisation du GBF proprement dit, ce qui nous permettait, entre
autres, de consacrer plus de temps à la réflexion, et donc une optimisation du
résultat.
Finalement, notre GBF permet donc d'obtenir, directement à partir du secteur,
un signal alternatif sinus, créneau ou triangle, réglable en fréquence et en
amplitude et/ou une alimentation continue stabilisée.
LA REALISATION TECHNIQUE
Une fois la conception théorique terminée, nous sommes passés à la réalisation
pratique : la conception du GBF.
Le principal défi fut de traduire nos concepts théoriques en réalité industrielle.
À partir des schémas de base des modules (intégrateur, dérivateur ...) nous
avons réalisés les montages sur des logiciels professionnels de CAO
(Conception Assisté par Ordinateur), ceci nous a permis, d'une part de vérifier
le fonctionnement de nos montages, et d'autre part de réaliser des schémas
industriels lisibles et adaptés aux normes internationales.
Pour la réalisation des typons, nous nous sommes donc rendus à l'école CPE où
nous avons fait imprimer nos schémas et réaliser nos circuits.
Une fois les typons réalisés, il ne nous restait plus qu'a souder les
composants sur les circuits imprimés, puis à raccorder les différents
modules entre eux. Nous sommes donc, actuellement, dans cette
phase de construction du GBF, dans l'attente de pouvoir finaliser le
résultat avec la mise en place du boîtier.
LES MODULES
Afin de faciliter la conception de notre GBF, nous avons
préféré décomposer l'ensemble du système en
différents modules présentés ci dessous:
•
Module de stabilisation
Cette partie du système a pour but de convertir le signal
fourni par le réseau EDF, sinusoïdal de fréquence 50
Hz avec une tension de 230 V en un signal continu de
24 V.
Sous-modules:
 transformateur
abaissement de la tension.
 redresseur
redressement de la tension en un signal
continu.
 stabilisateur
stabilisation de la tension, la sortie est
indépendante de la charge imposée.
Ce module comporte deux sorties, l'une de puissance
afin d'alimenter tous nos composants actifs, l'autre
correspond au signal continue, variable en tension
qui sera proposé en sortie.
•
Module oscillateur
Ce module est le « coeur » du générateur, il ne reçoit que
l'alimentation pour les amplificateurs opérationnels et
renvoi en sortie les signaux sinusoïdaux, créneaux et
triangles.
Sous modules:
 montage comparateur-intégrateur
rétro-bouclage d'un montage comparateur
sur un montage intégrateur
=> apparition d'oscillations
==> obtention des signaux triangles et
créneaux.
conformateur à diodes
approximation d'un signal sinusoïdal à
partir du signal triangle
(mise au point d'une modélisation
mathématique pour déterminer la meilleure
configuration de composants à utiliser)
On obtient ainsi à la sortie de ce module, les différents
signaux que doit fournir le GBF.

Conformateur à diodes
•
Module d'amplification
Ce sous-système réceptionne le signal choisi par
l'utilisateur, l'amplifie en puissance et module sa tension.
Sous modules:
 montage amplificateur
amplification de la tension de sortie grâce à
la tension de puissance délivrée par le
module de stabilisation.

•
Carcasse
montage multiplicateur
multiplication du signal de sortie par un
coefficient α (0< α<=1)
Ce sous-ensemble de notre projet comporte toutes les
solutions techniques adoptés pour l'interface
utilisateur/GBF (boutons de sélection,diodes témoins...)
Nous allons, de plus, tenter de concevoir une enceinte
blindée électro-magnétiquement (cage de Faraday tout en
assurant une ventilation correcte au système).
C o n clu sion :
Réaliser ce Générateur nous a donc permis de mener a bien une véritable
démarche scientifique, partant de la réflexion purement théorique à la mise en
oeuvre et la conception du GBF.
Nous nous sommes confrontés à de multiples problèmes que nous avons soit
résolus, soit contournés de manière à optimiser le plus possible notre système.
Le résultat ne restera bien entendu qu'à l'état de prototype, néanmoins il s'agit
d'un projet aboutit et fonctionnel pouvant servir à des amateurs « éclairés »
L'expérience que nous avons pût en tirer est tout autant humaine que
scientifique, il nous a fallut tout au long du projet, travailler en équipe, garder
un groupe synchroniser sur l'avancement général et bien entendu ne pas
baisser les bras devant l'échec.
BIBLIOGRAPHIE
Ouvrages :
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Introduction à la géodésie de Jean-Philippe Dufour
Guide pratique du GPS-édition 2007 de Paul Correia
Les techniques de l'ingénieur
Sites internet :
Articles Wikpédia :
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•
Amplificateur opérationnel [http://fr.wikipedia.org/wiki/Amplificateur_op%C3%A9rationnel]
Transistor [http://fr.wikipedia.org/wiki/Transistor]
GBF [http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9n%C3%A9rateur_de_basses_fr%C3%A9quences]
Sites Internet :
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•
Cours transistors [http://www.bricotronique.com/courselec/transist.php]
Transistor bipolaire[http://stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/bonnet/transistorbipolaire.htm]
Oscillateur sinusoïdale [http://www.sonelecmusique.com/electronique_bases_osc_sinus.html]
Le Site du Zéro [http://siteduzero.com]
Onduleur autonome
[http://missiontice.acbesancon.fr/sciences_physiques/physique_appliquee/simulation/onduleur_autonome/schema.htm]
Vu-mètre [http://www.sonelec-musique.com/electronique_realisations_ajout_vumetre.html]
Conformateur à diode [http://legwww.epfl.ch/~decurnex/Circuits+Systemes_Electroniques/Ampli%20diff
%20conv%20triangle-sinus.pdf]
Forum futura-science [www.futura-sciences.com/ ]
Autres :
 Logiciel de CAO, DXP PROTEL Altium Designer 6.7
Remerciements :
Nous remercions Mr Tarazona pour nous avoir suivi et conseillé tout au long
de notre T.I.P.E.
Nous remercions Mr Brenders pour avoir répondu patiemment à nos question.
Nous remercions également Mr Abouchi, directeur de la filière ETI à CPE Lyon
pour avoir donné accès au matériel de l'école.
Nous remercions enfin Mr Thomas, technicien à CPE pour nous avoir conseillé
et aidé dans la conception de nos typons.
Nous remercions également la « Wikimedia Foundation » pour la mise à
disposition de son encyclopédie libre en ligne et les communautés du Site du
Zéro et de Futura-Science pour leurs réponses polies et pertinentes à nos
questions.
Nous remercions Mr Bois pour la création du Centre de Documentation et
d'Information à la prépa.
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