bases de la technique en courant continu - festo … · tp 3 : détermination de la résistance...

Livre d’exercices

Avec CD-ROM

Festo Didactic

567213 fr

Bases de la technique en courant continu

U LP

416

VmW

624

28

312

14

1IL

2 3 4 5 6 7 8 9 10 mA 1200

UL

P

U

R UR

UPP

R1

R2 RL

+

U

U1

U2

I

Iq IL

Référence : 567213

Version : 10/2010

Auteur : Christine Löffler

Graphisques : Thomas Ocker, Doris Schwarzenberger

Mise en page : 09/2011, Beatrice Huber, Susanne Durz

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, Allemand, 2011

Internet : www.festo-didactic.com

E-mail : [email protected]

Toute communication ou reproduction de ce document, toute exploitation ou communication de son

contenu sont interdites, sauf autorisation expresse. Tout manquement à cette règle est illicite et expose son

auteur au versement de dommages et intérêts. Tous droits réservés, particulièrement le droit de déposer

des modèles d’utilité ou des modèles de présentation.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 III

Table des matières

Utilisation conforme ______________________________________________________________________ IV

Avant-propos ____________________________________________________________________________ V

Introduction ____________________________________________________________________________ VII

Instructions et consignes de sécurité _______________________________________________________ VIII

Ensemble de formation « Bases du courant continu » (TP 1011) __________________________________ IX

Objectifs pédagogiques – Bases du courant continu ______________________________________________X

Correspondance entre objectifs pédagogiques et travaux pratiques – Bases du courant continu _________ XI

Jeu d’équipement ________________________________________________________________________ XIII

Correspondance entre composants et travaux pratiques – Bases du courant continu ________________ XVII

Notes à l'intention de l'enseignant ou du formateur ____________________________________________ XIX

Structure des travaux pratiques ____________________________________________________________ XX

Désignation des composants ______________________________________________________________ XX

Contenu du CD-ROM _____________________________________________________________________ XXI

Travaux pratiques et corrigés

TP 1 : Analyse de circuits électriques et mise en évidence de lois __________________________________ 1

TP 2 : Analyse de résistances _____________________________________________________________ 21

TP 3 : Détermination de la résistance ballast d'une diode électroluminescente ____________________ 29

TP 4 : Ajout d'un récepteur électrique à un circuit ____________________________________________ 41

TP 5 : Détermination de la puissance électrique de deux variantes de montage ____________________ 55

TP 6 : Choix de montages de mesure _______________________________________________________ 67

TP 7 : Conception d'un montage pour diviseur de tension ______________________________________ 77

TP 8 : Conception de circuits de protection pour une perceuse __________________________________ 91

TP 9 : Réalisation d'une source de tension continue _________________________________________ 107

TP 10 : Choix d'un condensateur à temps de charge court______________________________________ 123

Travaux pratiques et fiches de travail

TP 1 : Analyse de circuits électriques et mise en évidence de lois __________________________________ 1

TP 2 : Analyse de résistances _____________________________________________________________ 21

TP 3 : Détermination de la résistance ballast d'une diode électroluminescente ____________________ 29

TP 4 : Ajout d'un récepteur électrique à un circuit ____________________________________________ 41

TP 5 : Détermination de la puissance électrique de deux variantes de montage ____________________ 55

TP 6 : Choix de montages de mesure _______________________________________________________ 67

TP 7 : Conception d'un montage pour diviseur de tension ______________________________________ 77

TP 8 : Conception de circuits de protection pour une perceuse __________________________________ 91

TP 9 : Réalisation d'une source de tension continue _________________________________________ 107

TP 10 : Choix d'un condensateur à temps de charge court______________________________________ 123

IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

Utilisation conforme

L'ensemble de formation « Bases de l'électrotechnique/électronique » ne doit s'utiliser que :

• pour l'usage auquel il est destiné, c'est-à-dire dans le cadre de l'enseignement et de la formation, et

• en parfait état sur le plan de la sécurité.

Les composants du pack sont construits conformément à l’état de l’art et aux règles techniques reconnues

en matière de sécurité. Leur utilisation peut néanmoins mettre en danger la vie et la santé de l’utilisateur ou

de tiers ainsi qu'affecter l'intégrité des composants eux-mêmes.

Le système de formation de Festo Didactic est exclusivement destiné à la formation initiale et continue dans

le domaine de l’automatisation et de la technique. Il incombe à l’établissement de formation et/ou aux

formateurs de faire respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites dans le présent manuel de

travaux pratiques.

Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité pour les dommages causés aux étudiants, à

l’établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l’utilisation de ce jeu d’équipement en dehors du

contexte d’une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle

ou à une négligence grossière de Festo Didactic.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 V

Avant-propos

Le système de formation « Automatisation et Technique » de Festo Didactic part de différents niveaux

d’accès à la formation et objectifs professionnels. C’est dans cette optique qu'est structuré le système de

formation :

• ensembles de formation technologique

• mécatronique et automatisation des usines

• automatisation des process et régulation

• robotique mobile

• usines-écoles hybrides

Le système de formation « Automatisation et Technique » fait régulièrement l’objet de mises à jour et

extensions parallèlement aux évolutions enregistrées dans le domaine de la formation et des pratiques

professionnelles.

Les ensembles de formation axés sur les technologies traitent de la pneumatique, de l’électropneumatique,

de l'hydraulique, de l’électrohydraulique, de l’hydraulique proportionnelle, des automates programmables

industriels, des capteurs, de l'électrotechnique, de l'électronique et des actionneurs électriques.

La structure modulaire du système de formation permet de réaliser des applications allant au-delà des

limites des différents ensembles de formation. Par exemple, il est possible de commander par automate

programmable des actionneurs pneumatiques, hydrauliques et/ou électriques.

VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

Tous les ensembles de formation se composent des éléments suivants :

• matériel

• médias

• séminaires

Matériel Le matériel des ensembles de formation est constitué de composants industriels et systèmes adaptés à une

approche didactique. Le choix et l'exécution des composants faisant partie des ensembles de formation

sont spécialement adaptés aux projets des médias d'accompagnement.

Médias Les médias dédiés aux différents domaines de spécialité sont de deux types : supports didactiques et

logiciels. Les supports didactiques, axés sur la pratique, comprennent :

• manuels de fond et de cours (ouvrages standard de dispense de connaissances fondamentales)

• manuels de travaux pratiques (avec explications complémentaires et corrigés types)

• lexiques, manuels, ouvrages spécialisés (donnant des informations plus détaillées sur des thèmes à

approfondir)

• jeux de transparents et vidéos (permettant d'illustrer et de rendre plus vivant l'enseignement)

• posters (pour la visualisation de sujets plus complexes)

Dans le domaine du logiciel, des programmes sont disponibles pour les applications suivantes :

• didacticiels (présentation pédagogique et multimédia de contenus de formation)

• logiciel de simulation

• logiciels de visualisation

• logiciels de mesure

• logiciels de conception et de configuration

• logiciels de programmation d'automates programmables industriels

Les supports destinés aux formateurs et aux étudiants sont disponibles en plusieurs langues. Ils sont

conçus pour l’enseignement, mais se prêtent aussi à l’autoformation.

Séminaires Un large éventail de séminaires consacrés aux contenus des ensembles de formation complète l’offre de

formation initiale et continue.

Vous avez des suggestions ou des critiques à propos de ce manuel ?

N'hésitez pas à nous en faire part par courriel à : [email protected]

Les auteurs et Festo Didactic vous en remercient d'avance.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 VII

Introduction

Le présent manuel de travaux pratiques fait partie du système de formation « Automatisation et Technique »

de Festo Didactic GmbH & Co. KG. Ce système constitue une solide base de formation initiale et continue

axée sur la pratique. L'ensemble de formation « Bases de l'électrotechnique/électronique » TP 1011 traite

des thèmes suivants :

• bases du courant continu

• bases du courant alternatif

• bases des semi-conducteurs

• montages de base de l'électronique

Le manuel de travaux pratiques « Bases du courant continu » constitue une initiation à

l'électrotechnique/électronique. Il est axé sur la connaissance des grandeurs électriques de base. Les

grandeurs traitées sont, parmi d'autres, la tension, l'intensité, la résistance et la conductance ainsi que le

travail et la puissance. La loi d’Ohm est étudiée en détail. Une importance particulière est attachée à la mise

en œuvre d'instruments de mesure.

La réalisation et l'étude des montages supposent de disposer d'un poste de travail de laboratoire équipé

d'une alimentation secteur protégée, de deux multimètres numériques, d'un oscilloscope à mémoire et de

câbles de laboratoire sécurisés.

Le jeu d’équipement TP 1011 permet de réaliser les montages complets des 10 travaux pratiques consacrés

aux « Bases du courant continu ».

Des fiches techniques des différents composants (résistances linéaires et non linéaires, condensateurs,

instruments de mesure, etc.) sont en outre disponibles.

VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

Instructions et consignes de sécurité

Généralités • Les étudiants ne doivent travailler sur les montages que sous la surveillance d’une formatrice ou d’un

formateur.

• Respectez les indications données dans les fiches techniques des différents composants, en particulier

toutes les consignes de sécurité !

• La formation ne doit être à l'origine d'aucune panne susceptible d'affecter la sécurité ; les pannes

éventuelles doivent être immédiatement éliminées.

Électricité • Danger de mort en cas de coupure du conducteur de protection !

– Le conducteur de protection (jaune/vert) ne doit pas être coupé ni à l'extérieur

ni à l'intérieur de l'appareillage.

– L'isolation du conducteur de protection ne doit être ni endommagée ni enlevée.

• Dans les établissements industriels ou artisanaux, il conviendra de respecter les directives des

organismes professionnels, et notamment celles des mutuelles d'assurance accident applicables aux

matériels électriques.

• Dans les établissements scolaires et de formation, l'utilisation d'alimentations secteur sera placée sous

la responsabilité et la surveillance de personnels qualifiés.

• Attention ! Des condensateurs montés dans l'appareillage peuvent encore être chargés même après coupure de

toutes les sources de tension.

• En cas de remplacement de fusibles : n'utilisez que les fusibles prescrits et du bon calibre.

• Ne mettez jamais immédiatement sous tension votre bloc d'alimentation secteur s'il vient de passer

d'une pièce froide à une pièce chaude. La condensation susceptible de se former pourrait alors détruire

l'appareil. Laissez d'abord l'appareil prendre la température ambiante.

• N'utilisez pour l'alimentation des montages des différents travaux pratiques que des tensions de

60 V DC et 25 V AC maximum. Tenez compte en outre de la tension maximale de service indiquée pour

les composants utilisés.

• N'effectuez les branchements électriques qu'en l'absence de tension.

• N'effectuez les débranchements électriques qu'en l'absence de tension.

• N’utilisez pour les branchements électriques que des câbles de liaison dotés de connecteurs de

sécurité.

• Pour débrancher les câbles de liaison, tirez sur les connecteurs, et non pas sur les câbles.

• Raccordez toujours l'oscilloscope à mémoire au secteur par l'intermédiaire d'un transformateur

d'isolation.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 IX

Ensemble de formation « Bases du courant continu » (TP 1011)

L'ensemble de formation TP 1011 se compose d’une multitude de moyens de formation. Cette partie de

l'ensemble de formation TP 1011 a pour objet les bases du courant continu. Certains composants de

l'ensemble de formation TP 1011 peuvent également faire partie d’autres ensembles.

Composants importants du TP 1011 • Poste de travail bien stable équipé du panneau de montage universel EduTrainer®

• Jeu de composants « Électrotechnique/électronique » avec cavaliers et câbles de laboratoire sécurisés

• Bloc d'alimentation de base EduTrainer®

• Équipements complets de laboratoire

Médias Les supports associés à l'ensemble de formation TP 1011 comprennent des manuels de travaux pratiques.

Les manuels de travaux pratiques comportent les fiches de chacun des TP, le corrigé de chaque fiche de

travail et un CD-ROM. Un jeu de fiches de travaux pratiques et fiches de travail prêtes à utiliser est fourni

avec chaque manuel de travaux pratiques.

Des fiches techniques des composants matériels sont fournies sur le CD-ROM avec l'ensemble de formation.

Médias

Manuels de travaux

pratiques

Bases du courant continu

Bases du courant alternatif

Bases des semi-conducteurs

Montages de base de l'électronique

Didacticiels WBT Électricité 1 – Bases de l'électrotechnique

WBT Électricité 2 – Circuits à courant continu et alternatif

WBT Électronique 1 – Bases des semi-conducteurs

WBT Électronique 2 – Circuits intégrés

WBT Mesures de protection électriques

Aperçu des supports associés à l'ensemble de formation TP 1011

Le logiciel disponible pour l'ensemble de formation TP 1011 comprend les didacticiels Électricité 1,

Électricité 2, Électronique 1, Électronique 2 et Mesures de protection électriques. Ces didacticiels traitent en

détail des bases de l'électrotechnique/électronique. Les contenus sont abordés à la fois du point de vue

systématique et en référence aux applications, sous la forme d'exemples pratiques.

Les supports sont proposés en plusieurs langues. Vous trouverez d’autres moyens de formation dans nos

catalogues et sur Internet.

X © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

Objectifs pédagogiques – Bases du courant continu

Composants résistance et condensateur • Connaître la relation entre valeurs de résistance et de conductance d'une résistance.

• Connaître les paramètres caractéristiques et types importants de résistances.

• Savoir appliquer les séries normalisées CEI pour l'identification de résistances.

• Connaître le symbole et le mode de fonctionnement des résistances non linéaires CTN, CTP, VDR et LDR.

• Savoir relever et interpréter les caractéristiques de résistances non linéaires.

• Savoir sélectionner et utiliser des résistances non linéaires en fonction des exigences techniques.

• Connaître la structure, l'utilisation et les grandeurs caractéristiques d'un condensateur.

• Savoir mesurer et analyser la charge et la décharge d'un condensateur en courant continu.

Montages de base et exemples • Savoir interpréter les grandeurs électriques de base, tension, courant et résistance, et effectuer des

calculs sur ces grandeurs.

• Connaître la loi d’Ohm et savoir déterminer la relation par la mesure et la représenter graphiquement.

• Savoir mesurer et interpréter les grandeurs électriques de base.

• Savoir utiliser des instruments de mesure adéquats.

• Savoir utiliser les grandeurs électriques de base travail et puissance.

• Savoir étudier par la mesure des montages électriques de base et déduire des lois des grandeurs

mesurées.

• Savoir dimensionner et calculer des montages électriques de base, tels que le montage en série.

• Savoir vérifier le bon fonctionnement de montages et matériels électriques.

• Savoir dimensionner et calculer des montages électriques de base, tels que le montage en parallèle.

• Savoir dimensionner et calculer des montages mixtes.

• Savoir utiliser des montages de mesure adéquats.

• Connaître le diviseur de tension en tant qu'application des montages mixtes.

• Savoir calculer la tension de sortie d'un diviseur de tension chargé et non chargé.

• Savoir dimensionner le diviseur de tension chargé.

Sources de tension • Savoir calculer et utiliser les grandeurs caractéristiques d'une source de tension.

• Savoir relever et interpréter la caractéristique de fonctionnement d'une source de tension.

• Connaître les applications adaptation de puissance et adaptation de tension pour une source de

tension.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 XI

Correspondance entre objectifs pédagogiques et travaux pratiques – Bases du courant continu

TP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Objectif

Savoir interpréter les grandeurs électriques de base, tension,

courant et résistance, et effectuer des calculs sur ces

grandeurs.

•

Connaître la loi d’Ohm et savoir déterminer la relation par la

mesure et la représenter graphiquement. •

Savoir mesurer et interpréter les grandeurs électriques de base. •

Savoir utiliser des instruments de mesure adéquats. •

Connaître la relation entre valeurs de résistance et de

conductance d'une résistance. •

Connaître les paramètres caractéristiques et types importants

de résistances. •

Savoir appliquer les séries normalisées CEI pour l'identification

de résistances. •

Savoir utiliser les grandeurs électriques de base travail et

puissance. • • •

Savoir étudier par la mesure des montages électriques de base

et déduire des lois des grandeurs mesurées. • •

Savoir dimensionner et calculer des montages électriques de

base, tels que le montage en série. •

Savoir vérifier le bon fonctionnement de montages et matériels

électriques. •

Savoir dimensionner et calculer des montages électriques de

base, tels que le montage en parallèle. •

Savoir dimensionner et calculer des montages mixtes. •

Savoir utiliser des montages de mesure adéquats. •

XII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

TP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Objectif

Connaître le diviseur de tension en tant qu'application des

montages mixtes. •

Savoir calculer la tension de sortie d'un diviseur de tension

chargé et non chargé. •

Savoir dimensionner le diviseur de tension chargé. •

Connaître le symbole et le mode de fonctionnement des

résistances non linéaires CTN, CTP, VDR et LDR. •

Savoir relever et interpréter les caractéristiques de résistances

non linéaires. •

Savoir sélectionner et utiliser des résistances non linéaires en

fonction des exigences techniques. •

Savoir calculer et utiliser les grandeurs caractéristiques d'une

source de tension. •

Savoir relever et interpréter la caractéristique de

fonctionnement d'une source de tension. •

Connaître les applications adaptation de puissance et

adaptation de tension pour une source de tension. •

Connaître la structure, l'utilisation et les grandeurs

caractéristiques d'un condensateur. •

Savoir mesurer et analyser la charge et la décharge d'un

condensateur en courant continu. •

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 XIII

Jeu d'équipement

Le manuel de travaux pratiques « Bases du courant continu » dispense des connaissances sur la structure et

le fonctionnement des composants résistance et condensateur ainsi que sur le comportement de ces

composants dans des montages de base et applications simples.

Le jeu d'équipement « Bases de l'électrotechnique/électronique » TP 1011 comprend tous les composants

nécessaires à l'acquisition des compétences définies par les objectifs pédagogiques fixés. La réalisation et

l'analyse de montages opérationnels exigent en outre deux multimètres numériques et des câbles de

laboratoire sécurisés.

Jeu d'équipement Bases de l'électrotechnique/électronique, Réf. 571780

Composant Référence Quantité

Bloc d'alimentation de base EduTrainer® 567321 1

Panneau de montage universel EduTrainer® 567322 1

Jeu de composants électrotechniques/électroniques 567306 1

Jeu de cavaliers, 19 mm, gris-noir 571809 1

Aperçu du jeu de composants Électrotechnique/électronique, Réf. 567306

Composant Quantité

Résistance, 10 Ω/2 W 1








Résistance, 1 kΩ/2 W 3

Résistance, 2,2 kΩ/2 W 2






Résistance, 1 MΩ/2 W 1

XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

Composant Quantité

Potentiomètre, 1 kΩ/0,5 W 1


Thermistance (CTN), 4,7 kΩ/0,45 W 1

Photorésistance (LDR), 100 V/0,2 W 1

Varistance (LDR), 14 V/0,05 W 1

Condensateur, 100 pF/100 V 1

Condensateur, 10 nF/100 V 2


Condensateur, 0,1 μF/100 V 2




Condensateur, 10 μF/250 V, polarisé 2



Self, 100 mH/50 mA 1

Diode, AA118 1

Diode, 1N4007 6

Diode Zener, ZPD 3,3 1

Diode Zener, ZPD 10 1

Diac, 33 V/1 mA 1

Transistor NPN, BC140, 40 V/1 A 2

Transistor NPN, BC547, 50 V/100 mA 1

Transistor PNP, BC160, 40 V/1 A 1

Transistor JFET canal P, 2N3820, 20 V/10 mA 1

Transistor JFET canal N, 2N3819, 25 V/50 mA 1

Transistor unijonction, 2N2647, 35 V/50 mA 1

Transistor MOSFET canal P, BS250, 60 V/180 mA 1

Thyristor, TIC 106, 400 V/5 A 1

Triac, TIC206, 400 V/4 A 1

Bobine de transformateur, N = 200 1

Bobine de transformateur, N = 600 2

Noyau de transformateur avec support 1

Voyant, 12 V/62 mA 1

Diode électroluminescente (LED), 20 mA, bleue 1

Diode électroluminescente (LED), 20 mA, rouge ou verte 1

Inverseur 1

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 XV

Symboles graphiques du jeu d'équipement

Composant Symbole graphique Composant Symbole graphique

Résistance Diode Zener

Potentiomètre Diac

Thermistance (CTN) Transistor NPN

Photorésistance (LDR) Transistor PNP

Varistance (VDR)

U

Transistor JFET canal P

Condensateur Transistor JFET canal N

Condensateur, polarisé Transistor unijonction

Self Transistor MOSFET canal P

Diode Thyristor

XVI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

Composant Symbole graphique Composant Symbole graphique

Triac LED bleue

Bobine de transformateur LED rouge ou verte

Voyant Inverseur

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 XVII

Correspondance entre composants et travaux pratiques – Bases du courant continu

TP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Composant


Résistance, 22 Ω/2 W 1 1


Résistance, 100 Ω/2 W 1 1 1 1 1 1 1

Résistance, 220 Ω/2 W 1 1 1 1

Résistance, 330 Ω/2 W 1 1 1 1 1 1

Résistance, 470 Ω/2 W 1 1 1 1 1


Résistance, 1 kΩ/2 W 1 1 1 1 3


Résistance, 4,7 kΩ/2 W 1 1

Résistance, 10 kΩ/2 W 1 1 1 1



Résistance, 100 kΩ/2 W 1 1

Résistance, 1 MΩ/2 W 1 1

Potentiomètre, 1 kΩ/0,5 W 1 1


Thermistance (CTN), 4,7 kΩ/0,45 W 1 1

Photorésistance (LDR), 100 V/0,2 W 1 1

Varistance (LDR), 14 V/0,05 W 1 1

Condensateur, 100 pF/100 V 1










XVIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

TP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Composant

Voyant, 12 V/62 mA 1 1

Diode électroluminescente (LED), 20 mA, bleue 1

Inverseur 1

Multimètre numérique 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1

Bloc d'alimentation de base EduTrainer® 1 1 1 1 1 1 1 1 1

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 XIX

Notes à l'intention de l'enseignant ou du formateur

Objectifs pédagogiques L'objectif pédagogique général du présent manuel de travaux pratiques est l'étude de montages de base

simples à résistance et condensateur en courant continu. L'acquisition des connaissances se fera par des

questions théoriques, la réalisation pratique des montages et la mesure de grandeurs électriques. Cette

interaction directe entre théorie et pratique est le garant de progrès rapides et durables. Les objectifs

pédagogiques spécifiques sont documentés dans la matrice, qui indique la correspondance entre les

différents objectifs concrets et chaque travail pratique.

Temps alloué Le temps nécessaire à la réalisation d’un travail pratique dépend des connaissances préalables de

l'étudiant. Chaque travail pratique est prévu pour durer environ 1 heure à 1 heure et demie.

Composants du jeu d'équipement Manuel de travaux pratiques, recueil de travaux pratiques et jeu d'équipement sont adaptés les uns aux

autres. Pour les 10 TP, vous n’avez besoin que des composants d’un seul jeu d’équipement TP 1011.

Normes Le présent manuel de travaux pratiques applique les normes suivantes :

EN 60617-2 à EN 60617-8 Symbole graphiques pour schémas

EN 81346-2 Systèmes industriels, installations et appareils, et produits industriels ;

principes de structuration et désignations de référence

CEI 60364-1 Édification d´installations à basse tension – Principes généraux,

(DIN VDE 0100-100) Principes fondamentaux, détermination des caractéristiques générales,

définitions

CEI 60364-4-41 Édification d´installations à basse tension – Mesures de protection,

(DIN VDE 0100-410) Protection contre les chocs électriques

Repérage dans le manuel de travaux pratiques Le texte des corrigés et les compléments donnés dans les graphiques ou diagrammes sont repérés en

rouge.

Exception : Les indications et conclusions concernant le courant sont toujours repérées en rouge, celle

concernant la tension toujours en bleu.

Repérage dans le recueil de travaux pratiques Les textes à compléter sont repérés par des lignes d'écriture ou des cases grisées dans les tableaux.

Les graphiques à compléter sont sur fond tramé.

Notes à l'intention de l'enseignant Des informations additionnelles sont données ici sur la démarche didactico-méthologique et sur les

composants. Ces indications ne figurent pas dans le recueil de travaux pratiques.

XX © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

Corrigés Les corrigés indiqués dans le présent manuel de travaux pratiques sont le résultat de mesures effectuées

lors d'essais. Les résultats de vos mesures peuvent différer de ces valeurs.

Thèmes d'apprentissage Pour l'apprentissage du métier d'électronicien/ne, le thème « Bases du courant continu » fait partie du volet

1 du programme du centre de formation.

Structure des travaux pratiques

Les 10 travaux pratiques ont la même structure méthodologique. Ils se divisent en :

• Titre

• Objectifs pédagogiques

• Problème

• Montage ou schéma d'implantation

• Travail à exécuter

• Aides

• Fiches de travail

Le manuel de travaux pratiques contient les corrigés de chacune des fiches de travail du recueil de travaux

pratiques.

Désignation des composants

La désignation des composants représentés dans les schémas s'inspire de la norme DIN EN 81346-2. Des

lettres sont attribuées en fonction du composant. Les composants existant en plusieurs exemplaires dans

un circuit sont numérotés en continu.

Résistances : R, R1, R2, ...

Condensateurs : C, C1, C2, …

Appareils de signalisation : P, P1, P2, ...

Nota

Quand des résistances et condensateurs sont considérés comme grandeurs physiques, leur lettre de

désignation est en italique (symbole de formule). Si une numérotation est nécessaire, les chiffres sont

traités comme indices.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 XXI

Contenu du CD-ROM

Le manuel de travaux pratiques figure sous forme de fichier pdf sur le CD-ROM fourni. Celui-ci met en outre

à votre disposition des supports additionnels.

Le CD-ROM comporte les dossiers suivants :

• Notices d’utilisation

• Illustrations

• Informations sur les produits

Notices d’utilisation Des notices d’utilisation sont ici disponibles pour différents composants de l'ensemble de formation. Elles

aident à mettre en service et à utiliser les composants.

Illustrations Des photos et graphiques de composants et applications industrielles sont fournis. Ils permettent d’illustrer

un certain nombre de travaux pratiques. Les présentations de projets peuvent également être complétées

par utilisation de ces illustrations.

Informations sur les produits Ce dossier contient des informations du fabricant pour un certain nombre de composants. La représentation

et la description des composants sous cette forme ont pour but de montrer comment sont présentés ces

composants dans un catalogue industriel. Vous y trouverez en outre des informations complémentaires sur

les composants.

XXII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213 1

TP 1 Analyse de circuits électriques et mise en évidence de lois

Objectifs pédagogiques Lorsque vous aurez fait ce TP,

• vous saurez interpréter les grandeurs électriques de base, tension, courant et résistance, et effectuer

des calculs sur ces grandeurs.

• vous connaîtrez la loi d’Ohm et saurez déterminer la relation par la mesure et la représenter

graphiquement.

• vous saurez mesurer et interpréter les grandeurs électriques de base.

• vous saurez utiliser des instruments de mesure adéquats.

Problème Vous êtes appelé à participer à la conception et à la réalisation d'installations d'éclairage. Il est donc bon de

vous familiariser avec les lois des circuits simples et les mesures associées.

Vous trouverez des informations d'initiation dans les manuels de cours et mémentos ainsi que sur Internet.

Montage

DCAC

HOLD MIN MAXmVV

AAmAMΩ

ΩkΩ

µ

MIN MAXNON

CONTACTVOLTAGE

HOLD

V

Ω

V

A

ACAT 600VII

CAT 600VIII

COM

mA

VΩBATT 9V

BATT 1.5V

10A200mAMAX

FUSED

10A MAXFUSED

MAX600V600V

0

600200

20

2

200m

200µ

200m

20m

2m

10A

10A200

20m2m

200µ

600200

20

2

200m

20M

2M

200k

20k

20k

1.5V

BATT

9V

OFF

200m

33

0/

2W

75

09

20

L1

100...230V /50-60Hz

L2

L3

N

+15V/0.8A

-15V/0.8A

0V

5V/200mA +

24V AC

DDSWaveform-generator

DC Output 0...25V/0.3A

0V

0...20V/0.2A

0...2V/0.2A

3

2

3

4

L1

L2L3N

I1

I2U2

U1

Measurement

USB

+

0V

LED

20

mA

75

09

61

Poste de travail de laboratoire

TP 1 : Analyse de circuits électriques et mise en évidence de lois

2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567213

Travaux à exécuter 1. Déterminez les relations électriques découlant de l'utilisation d'une lampe. Utilisez pour ce faire les

fiches de travail préparées.

2. Informez-vous sur les multimètres analogiques et numériques et répondez aux questions.

3. Sélectionnez un instrument adéquat pour vos mesures de courant, de tension et de résistance dans des

montages à courant continu.

4. Informez-vous sur la manière de mesurer les tensions, les courants et les résistances et répondez aux

questions.

5. Procédez à des mesures relatives à la loi d'Ohm sur un montage électrique simple.

Aides • Manuels de cours, mémentos

• Fiches techniques

• Didacticiel Électricité 1

• Internet

Nota

N’appliquez la tension d'alimentation électrique qu’après avoir réalisé et contrôlé tous les

branchements. À l'issue du TP, coupez l'alimentation électrique avant de démonter les composants.



Description des relations dans le circuit électrique

Déterminez les relations électriques découlant de l'utilisation d'une lampe. Ces informations vous

permettront de dimensionner des montages simples.

Constituants d’un circuit – Décrivez les constituants essentiels d'un circuit simple.

Tout circuit électrique se compose essentiellement

• d'une source de tension

• de câbles de liaison

• d'un récepteur

La source de tension, telle que pile, batterie ou prise de courant, fournit l'énergie électrique sous

forme de séparation des charges.

Le câble sert de moyen de transport de l'énergie électrique, qui circule sous forme de courant entre la

source de tension et le récepteur.

Dans le récepteur, l'énergie délivrée par la source de tension est convertie sous une autre forme, par

exemple en chaleur, en lumière ou en mouvement.

– Complétez le circuit électrique de manière à obtenir un circuit simple en boucle fermée.

– Indiquez par des flèches et leur désignation les grandeurs électriques intervenant dans le circuit.

+UR

I

+ UP

I

Circuit à résistance utilisée comme récepteur Circuit à lampe utilisée comme récepteur



Sens du courant La tension électrique est engendrée par séparation des charges positives et négatives.

• charge négative : excédent d’électrons

• charge positive : manque d’électrons.

– Décrivez ce que l'on entend par sens technique du courant et par sens physique du courant.

– Indiquez dans le schéma représenté le sens conventionnel et le sens physique du courant.

+U

Sens conventionnel du courant

P

Sens de déplacement des électrons

Sens physique du courant

Sens du courant dans le circuit

Sens physique du courant

Le sens physique du courant décrit le sens de circulation des porteurs de charge négative (électrons)

dans les métaux et va du pôle négatif (moins) au pôle positif (plus).

Sens conventionnel du courant

Le sens conventionnel du courant est de nature historique et part d'un courant de charges supposées

positives. Il est donc convenu qu'il va du pôle positif (plus) au pôle négatif (moins).

Le sens conventionnel du courant a été conservé pour des raisons pratiques. C'est pourquoi,

aujourd'hui encore, le sens du courant dans un montage va du plus ou moins.



Grandeurs électriques de base – Complétez le tableau des grandeurs électriques de base. Donnez une brève description, le symbole et

l'unité physique.

Grandeur électrique Description Symbole Unité

Courant électrique : Le courant électrique indique le nombre de porteurs libres de charge

électrique circulant dans un sens dans le circuit.

I Ampère [A]

Tension électrique La tension électrique indique la différence de charge entre deux pôles. Les

sources de tension ont deux pôles de charge différente.

U Volt [V]

Résistance électrique La résistance électrique indique la propriété de matériaux de s'opposer à

la circulation d'un courant dans un circuit.

R Ohm [Ω]

Grandeurs électriques de base

Loi d'Ohm – Décrivez la relation entre courant, tension et résistance. Elle est formulée dans la loi d'Ohm.

Information

La loi d'Ohm ne s'applique qu'à des résistances ohmiques. Les résistances ohmiques sont des

résistances linéaires.

Quand, dans un circuit simple à résistance constante, on augmente la tension appliquée, le courant

circulant dans le circuit augmente également. L'intensité du courant I est proportionnelle à la tension

appliquée U, c'est-à-dire que

• quand la tension U croît, l'intensité du courant I croît également ;

• quand la tension U décroît, l'intensité du courant I décroît également.

U R I= ⋅

ou en isolant I ou R à gauche :

= UIR

= URI



– Décrivez ce qui caractérise une résistance ohmique.

La résistance ohmique est une résistance électrique spéciale dont la valeur est indépendante de la

tension, de l'intensité du courant et de la fréquence.

– Calculez la valeur de résistance de la lampe quand, pour une tension appliquée de 12 V, il y circule un

courant de 0,062 A.

Information

À l'issue de la mise sous tension, les lampes à incandescence se comportent comme des résistances

ohmiques.

Soit la tension U = 12 V

l'intensité du courant I = 62 mA

On cherche la résistance R en Ω

Calcul

12 V 12 V 193 562 mA 0 062 A

UR ,I ,

= = = = Ω



Description des caractéristiques et symboles d'instruments de mesure

Vous allez effectuer différentes mesures sur des montages électriques. Il vous faut utiliser pour ce faire des

instruments de mesure adéquats.

Pour la mesure de tensions continues et de courants continus sur des montages électriques, on utilise en

général deux types d'instruments de mesure :

• un multimètre analogique ou

• un multimètre numérique

Multimètre numérique Extrait des caractéristiques techniques

Affichage

Afficheur à cristaux liquides (LCD) de 3 chiffres 3/4 (3999 points) et

bargraphe analogique à 41 segments

Tension continue

Calibres : 400 mV ; 4 V ; 40 V ; 400 V ; 1000 V

Résolution : 100 μV

Précision : ± (0,7 % de l'affichage + 1 chiffre)

Résistance d'entrée : 10 MΩ

Tension alternative (45 Hz – 500 Hz)

Calibres : 400 mV ; 4 V ; 40 V ; 400 V ; 750 V

Résolution : 100 μV

Précision : ± (1,5 % de l'affichage + 4 chiffres)

Sur le calibre 4 V : ± (2,0 % de l'affichage + 4 chiffres)


Courant continu

Calibres : 400 μA ; 4 mA ; 40 mA ; 300 mA ; 10 A

Résolution : 0,1 μA

Précision : ± (1,0 % de l'affichage + 1 chiffre)

Courant alternatif (45 Hz – 500 Hz)

Calibres : 400 μA ; 4 mA ; 40 mA ; 300 mA ; 10 A

Résolution : 0,1 μA

Précision : ± (1,5 % de l'affichage + 4 chiffres)

Sur le calibre 10 A : ± (2,5 % de l'affichage + 4 chiffres)

Exemple de multimètre numérique

– Décrivez ce que signifie l'indication 3 chiffres 3/4.

L'afficheur de l'instrument de mesure comporte 4 chiffres.

Les 3 derniers chiffres peuvent aller de 0 à 9. Le chiffre de plus haut rang avant la virgule ne peut aller

que de 0 à 3.

Exemple :

Sur le calibre 400 V, la plus grande valeur affichable est 399,9 V pour une résolution de 0,1 V.



Multimètre analogique Extrait des caractéristiques techniques

ON

OFF

Ω

3

10

30

MΩ mA

.3

1

3

10

30 1A

1000

300

100

30

10

100

30

10

3

1

V-kΩ μA

+60

dB

+50

+40

+30

+20

3+10

10

0.3–10

0.1–20

0

100 3A

300 10A

+BATT ( )

–BATT ( )

A

μA-mA

VΩ

0

MAX400V

MAX1kV

BATT

-5-10

-20

-2 0

2 dBdB

0

2030

40 50 60 7080

90100

10

15

5

0

2025

30

10

( )Ω

Calibres de mesure de tension :

0,1 V ; 0,3 V ; 1 V ; 3 V ; 10 V ; 30 V ; 100 V ; 300 V ; 1000 V

=/~


Calibres de mesure de courant :

1 μA ; 3 μA ; 10 μA ; 30 μA ; 100 μA ; 300 μA ; 1 mA ;

3 mA ; 10 mA ; 30 mA ; 100 mA ; 1 A ; 3 A ; 10 A

=/~

Précision :

1,5 =; 2,5 ~

Exemple de multimètre analogique

– Décrivez la signification des symboles imprimés.

Symbole Description

Équipage de mesure à cadre mobile avec redresseur

Position d'utilisation horizontale

Courant alternatif uniquement

Courant continu uniquement

Consulter le manuel

Tension électrique dangereuse

CAT II 1000 V

CAT III 600 V

Marquage de sécurité selon EN 61010-1 ou CEI 61010-1 :

identifie la catégorie de surtension et la tension d'essai admissible



Sélection d'un instrument de mesure

Vous êtes appelé à faire des mesures sur des montages à courant continu. Vous disposez d'un multimètre

numérique et d'un multimètre analogique. Votre choix de l'instrument de mesure à utiliser sera dicté par la

précision de mesure.

La précision d'un multimètre indique l'erreur maximale de mesure susceptible d'apparaître sous certaines

conditions extérieures.

Erreur de mesure d'un multimètre numérique Pour un multimètre numérique, la précision est indiquée en pourcentage de la valeur mesurée.

Dans le cas d'un multimètre numérique, il faut y ajouter une erreur constante résultant de la conversion

d'analogique en numérique. Cette valeur concerne le chiffre de plus faible poids.

Lors d'une mesure au multimètre numérique, l'instrument affiche la valeur ci-dessous.

Valeur mesurée affichée par le multimètre numérique

– Indiquez la valeur mesurée.

La valeur mesurée lue est de 23,58 V.

– Déterminez l'erreur absolue de mesure pour la valeur mesurée affichée.

La précision sur le calibre sélectionné est :

± (0,7 % de l'affichage + 1 chiffre)

0 7( 23 58 V 1 0 01 V) 0 175 V100

, , , ,± ⋅ + ⋅ = ±

La valeur vraie est donc comprise entre 23,405 V (23,58 V - 0,175 V) et 23,755 V (23,58 V + 0,175 V).

– Déterminez l'erreur relative de mesure.

0 175 V 100 0 74 %23 58 V

, ,,

⋅ =



Erreur de mesure d'un multimètre analogique Sur un multimètre analogique, la précision se rapporte toujours au calibre, c'est-à-dire à la pleine échelle.

Les multimètres sont répartis en classes de précision. Autrement dit, quelle que soit la valeur mesurée lue, il

faut toujours ajouter la même erreur. C'est pourquoi l'erreur en pourcentage diminue au fur et à mesure que

l'on s'approche de la pleine échelle. Un multimètre analogique devrait donc toujours s'utiliser dans le tiers

supérieur de l'échelle.

Exemple d'une classe de précision Une classe de précision 2,5 signifie que l'erreur sur un calibre est de ± 2,5 % de la pleine échelle.

Si la pleine échelle est, par exemple, de 70, l'erreur maximale est de ± 2,5 % de 70, soit : ± 3,571.

Lors d'une mesure au multimètre analogique, l'instrument indique la valeur ci-dessous. Le calibre

sélectionné est 30 V.

BATT

-5-10

-20

-2 0

2 dBdB

0

2030

40 50 60 7080

90100

10

15

5

0

2025

30

10

Valeur mesurée indiquée par le multimètre analogique

– Indiquez la valeur mesurée.

La valeur mesurée lue est de 23,5 V.

– Déterminez l'erreur absolue de mesure.

La classe de précision du multimètre analogique utilisé est 1,5 pour ce calibre.

1 5( 30 V) 0 45 V100

, ,± ⋅ = ±

La valeur vraie est donc comprise entre 23,05 V (23,5 V - 0,45 V) et 23,95 V (23,5 V + 0,45 V).



– Déterminez l'erreur relative de mesure.

0 45 V 100 1 91 %23 5 V, ,

,⋅ =

Sélection d'un instrument de mesure – Sélectionnez à présent l'instrument convenant aux mesures en continu et justifiez votre choix.

Pour les mesures en continu, on utilisera le multimètre numérique.

Les avantages du multimètre numérique sont les suivants :

• précision et résolution plus élevées

• erreur de lecture improbable

• plus grande robustesse

Mesures de courant, de tension et de résistance

L'utilisation d'un instrument de mesure se traduit toujours par une modification des valeurs mesurées dans

le montage étudié. Il est donc important de connaître les influences possibles et de savoir les évaluer.

Mesure de courant • Lorsque vous mesurez le courant, branchez toujours l'instrument de mesure en série avec le récepteur.

Il est ainsi traversé par la totalité du courant du récepteur.

• La résistance interne de l'instrument de mesure doit être aussi faible que possible pour réduire au

maximum son influence sur le montage.

U

A

P

Mesure de courant



– Décrivez l'influence de la résistance interne de l’instrument sur la mesure.

Tout instrument de mesure du courant (ampèremètre) possède une résistance interne. Cette

résistance supplémentaire réduit le flux de courant. Pour minimiser les erreurs de mesure,

l’instrument de mesure du courant doit posséder une résistance interne très faible.

Mesure de tension • Lorsque vous mesurez la tension, branchez toujours l'instrument de mesure en parallèle avec le

récepteur.

La chute de tension au niveau du récepteur correspond à la chute de tension au niveau de l’instrument

de mesure.

• La résistance interne de l'instrument de mesure doit être aussi faible que possible pour réduire au

maximum son influence sur le montage.

U V P

Mesure de tension

– Décrivez l'influence de la résistance interne de l’instrument sur la mesure.

Tout instrument de mesure de la tension (voltmètre) possède une résistance interne. Pour fausser le

moins possible le résultat de la mesure, l'instrument de mesure ne doit être traversé que par un

courant très faible. Ce qui signifie : la résistance interne du voltmètre doit être aussi élevée que

possible.



Mesure de résistance La résistance d’un récepteur électrique au sein d’un circuit à courant continu peut être mesurée soit

directement, soit indirectement.

Mesure indirecte • Lors d'une mesure indirecte, vous mesurez le courant qui traverse le récepteur et la chute de tension

aux bornes du récepteur.

• Vous pouvez effectuer les deux mesures soit simultanément, soit l’une à la suite de l’autre.

• Vous calculez ensuite la résistance à l’aide de la loi d’Ohm.

V

A

I

U P

Mesure de résistance indirecte

Mesure directe • Coupez le récepteur du reste du montage.

• Le récepteur ne doit pas être connecté à une source de tension pendant la mesure.

• Sur l'instrument de mesure, sélectionnez le mode de mesure et le calibre.

• Branchez le récepteur à l'instrument de mesure et lisez la valeur de résistance affichée.

Ω P

Mesure de résistance directe



– Expliquez pourquoi le récepteur ne doit pas être branché à une source de tension lors de la mesure de

résistance directe.

Lors de la mesure de résistance directe, il ne faut pas que le récepteur soit connecté à une source de

tension parce que l'instrument de mesure détermine la valeur de résistance au moyen d'une tension

ou d'un courant interne défini.

Procédure de mesure dans un circuit électrique • Coupez l'alimentation électrique du circuit électrique.

• Sélectionnez sur le multimètre le mode voulu, à savoir mesure de courant ou mesure de tension.

• Sur les instruments à aiguille, vérifiez le zéro et ajustez-le si nécessaire.

• Sélectionnez le plus grand calibre afin que, sur les instruments analogiques, le débattement de

l'aiguille reste au sein de l'échelle graduée.

• Respectez la polarité de raccordement de l'instrument lors des mesures de tension ou de courant

continu.

• Mettez le circuit électrique sous tension d'alimentation.

• Observez le débattement de l'aiguille ou l'affichage et sélectionnez pas à pas un calibre inférieur.

• Lisez l'affichage lorsque le débattement de l'aiguille est maximal (dans le plus petit calibre possible).

• Placez-vous systématiquement à la verticale des instruments à aiguille pour éviter les erreurs de

lecture.



Mesures relatives à la loi d’Ohm

Démontrez les relations de la loi d'Ohm par des expériences de laboratoire appropriées. Relevez pour ce

faire les caractéristiques I = f(U) pour une résistance constante et I = f(R) pour une tension constante.

Caractéristique U-I d'une résistance ohmique – Choisissez une résistance R = 330 Ω.

– Contrôlez la résistance choisie R par une mesure de résistance directe, la résistance étant hors tension.

– Réalisez le montage avec la résistance R.

U = 0 – 10 V UR V

A

I

Montage de mesure avec R = 330 Ω

Repère Désignation Valeurs

R Résistance 330 Ω/2 W

– Multimètre numérique –

– Bloc d'alimentation de base EduTrainer® –

Nomenclature des composants

– Faites varier la tension de U = 0 V à U = 10 V par pas de 2 V et mesurez chaque fois l'intensité du

courant I. Inscrivez les résultats dans le protocole de mesure.



Tension U (V) Courant I (mA) Tension U (V) Courant I (mA)

0 0 6 17,6

2 5,9 8 23,45

4 11,65 10 29,33

Protocole de mesure : I= f(U), R = 330 Ω

– Représentez les résultats de mesure dans un graphique. Reportez les valeurs du protocole de mesure

dans le diagramme.

IC

ou

ran

t

20

40

mA

10

00

UTension

1 2 3 4 5 6 7 8 10V

Caractéristique U-I, R = 330 Ω

– Décrivez la relation du courant I à la tension U lorsque la résistance R est constante.

La caractéristique U-I est une droite. En d'autres termes :

Lorsque la tension augmente, l'intensité du courant augmente dans les mêmes proportions. Le

courant est proportionnel à la tension.

I ~ U



Caractéristique R-I d'une résistance ohmique Relevez à présent la caractéristique I = f(R) sous une tension constante.

– Réalisez le montage.

U = 10 V UR V

A

I

Montage de mesure avec différentes résistances

Repère Désignation Valeurs






R Résistance 1 kΩ/2 W

– Multimètre numérique –

– Bloc d'alimentation de base EduTrainer® –

Nomenclature des composants

– Appliquez au montage une tension constante U = 10 V.

– Mettez de 6 à 8 résistances différentes comprises entre 100 Ω et 1 kΩ en circuit et mesurez chaque fois

l'intensité du courant I. Inscrivez les résultats dans le protocole de mesure.

– Notez les résistances utilisées dans la nomenclature des composants.



Résistance R (Ω) Courant I (mA)

100 97,3

220 45,0

330 30,2

470 21,1

680 14,5

1000 9,9

Protocole de mesure : I = f(R), U = 10 V

– Représentez les résultats de mesure dans un graphique. Reportez les valeurs du protocole de mesure

dans le diagramme.

IC

ou

ran

t

RRésistance

40

50

60

70

80

mA

100

20

30

10

100 200 300 400 500 600 700 800 Ω 10000

0

Caractéristique R-I, U = 10 V



– Décrivez la relation de l'intensité I à la résistance R pour une tension constante U.

Lorsque la résistance augmente, le courant diminue. Le courant est inversement proportionnel à la

résistance.

1I ~R

bases de la technique en courant continu - festo … · tp 3 : détermination de la résistance...

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