ER1 (2015)
Sujet :
On désire réaliser un traceur de courbes automatique pour transistor NPN.
Afin de valider la faisabilité, le projet sera entièrement réalisé en
simulation avec LtSpiveIV
Cahier des charges global :
Alimentation en +15V 0V –15V. On considère les alimentations suffisamment
stables et précises pour être utilisées comme référence de tension.
L’affichage des courbes sera prévu pour être compatible avec un
oscilloscope réglé en mode XY. L’écran de l’oscilloscope est divisé en dix
sur X et sur Y. Le calibre en Y (affichage de IC) devra permettre un
affichage de 10mA par division en étant réglé sur 1V/Div. L’axe X
(affichage de VCE) aura lui aussi une précision de 1V/Div.
Le système devra afficher 10 courbes IC=f(VCE) pour différentes valeurs de
Ib. Elles rempliront au mieux l’écran de l’oscilloscope.
L’affichage complet des courbes sera fait à une fréquence supérieure à
25Hz.
Tous les essais seront réalisés autour d’un transistor 2N2222.
Les composants seront choisis parmi ceux présents dans l’atelier.
On minimisera, par les choix possibles, la consommation globale.
Solution fonctionnelle globale envisagée :
F2 Générateur Vce
Voie X
F1 Générateur Ib
2N2222
F3 Mesure de Ic
Voie Y
Q1
F1 sera constitué des fonctions F11 : Oscillateur,F12 : Accumulateur, F13
Remise à zéro, F14 Adaptation à Ib.
F2 sera synchronisée avec F11 et contiendra la fonction F21 : Adaptation à
Vce et F22 : Adaptation à X.
F3 sera constitué des fonctions F31 : Amplification de différence et F32 :
Adaptation à Y.
Planning prévisionnel :
Le tout doit être bouclé en 5 séances de 4,5h.
Première séance
Compréhension du système. Etude des fonctions. Définition des schémas
structurels. Propositions des cahiers des charges de chaque fonctions.
Vérification du fonctionnement de LtSpice.
Séances 2 à 4
Simulations des différentes fonctions, réécriture des cdc si besoin.
Séance 5
Simulation complète. Compilation des résultats. Ecriture du compte rendu.
Travail demandé : livrables:
Vous rendrez un compte rendu par binôme ayant le plan suivant :
1)Présentation
(Description du projet)
2)Cahier des charges du projet
(Attention celui-ci à pu évoluer en fonction des difficultés rencontrées)
3)Schéma fonctionnel
4)Planning détaillé.
5)Simulations
(pour chaque fonction suivre le plan suivant)
-Nom
-Description
-CDC
-Schéma structurel, étude théorique
(expliquez le fonctionnement, précisez les méthodes de choix et
calculs des composants)
-Simulations
(Expliquez quel types de simulations ont été utilisées et pourquoi,
quels résultats sont attendus)
(Donnez les schémas de simulations, les paramètres utilisés et les
résultats)
(Commenter les résultats)
(Conclure : les différences entre attentes et résultats sont elles
acceptables ? quels sont les risques ?)
-Améliorations possibles.
(Proposer des alternatives, autres solutions)
6)Simulation complète
Remarques :
Toutes les solutions, études, montages seront traitées par l’enseignant
dans les séances d’ER. A vous de bien noter toutes les informations.
Les simulations doivent être suffisamment documentées de manière à pouvoir
être refaites à l’identique et donner les mêmes résultats.
Il se peut que vous n’ayez pas le temps de tout faire par contre ce qui est
fait doit être fait correctement. Vous devez envisager le fait que votre
travail puisse être continué par une autre équipe sans la moindre
difficulté.
Exemple de livrable sur la fonction Remise à zéro
Nom
Commande de remise à zéro
Description / Cahier des charges
Afin de remettre à zéro le signal en marche d’escalier issu de la
fonction accumulateur au bout de 10 marches (1V par marche), on
réalise ici une fonction type comparateur à hystérésis qui doit
fourni un niveau haut (15V) lorsque sont entrée dépasse 10v (dixème
marche) et revenir à un état bas (-15V) lorsque l’entrée devient
inférieure à 1V.
Dans tous les cas cette fonction ne doit pas perturber la fonction
précédente et doit pouvoir piloter la fonction suivante sans être
perturbée.
Schéma structurel
Le schéma suivant est sur la base d’un AOP avec un rebouclage
positif, il s’agit donc d’un comparateur qui voit sa sortie à 15V si
son entrée V+ est supérieure à son entrée V- et à –15V dans le cas
contraire.
Le basculement de l’état haut vers l’état bas
lorsque
VCC(R4/(R3+R4))=(15R1+ER2)/(R1+R2) soit E=Eh
Le basculement de l’état bas vers l’état haut
lorsque
VCC(R4/(R3+R4))=(-15R1+ER2)/(R1+R2) soit E=Eb
Ce qui donne
Eh-Eb=30R1/R2
Et (Eh+Eb)/2=15R4(R1+R2)/(R2(R3+R4))
s’effectue
donc
s’effectue
donc
Choix des composants
Les composants sont choisis dans la série E12 et seront réévalués n
fonction des changements possibles des différents cahiers des
charges. Mais on peut partir sur la base suivante
On choisit donc
R1 et R2 pour avoir Eh-Eb approximativement égal à 10V soit R1=10K
et R2=33k
Puis R3 et R4 pour avoir (Eh+Eb)/2 = approximativement égal à 5V
soit R4=10k et R3=33k.
Simulations
Pour tester le fonctionnement on choisit de faire une simulation
transitoire avec en entrée un signal triangulaire variant dans le
temps de –1V à 11V ayant une période de 1ms. Le signal de sortie
doit alors passer de –15V à +15V lorsque E dépasse 10 puis repasser
à –15V lorsque E devient inférieur à 1V
Résultats
Commentaires
On peut voir sur le résultat que le comparateur fonctionne comme
attendu avec cependant Eh à 8,8V et Eb à 0,29V. Eh est un peut
faible par rapport au cahier des charges et la tension de sortie
n’atteint pas parfaitement les 15V et –15V.
Conclusion
Le fonctionnement est correct les valeurs Eh et Eb peuvent être
changées simplement si besoin en agissant sur les différentes
résistances.
Pour ne pas perturber le signal d’entrée il faut que cette fonction
soit pilotée par un autre montage à AOP ce qui est le cas.
Pour ne pas qu’elle soit perturbée par la fonction suivante il faut
que cette dernière ait une résistance d’entrée compatible avec le
TL082 soit > 1Kohm ce qui est aussi le cas.