Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Fiche de révision : Signaux et capteurs
Mesures et fléchage ; lois des nœuds et des mailles (deux mailles au plus) ; caractéristique et point de fonctionnement ; loi d’Ohm et modélisation en Python ; capteurs résistifs, courbe d’étalonnage et microcontrôleur.
Signaux et capteurs : circuits, loi d’Ohm et capteurs
Fiche méthode
(Physique-chimie 2de · Ondes et signaux · Signaux et capteurs)
La démarche pour toute question sur un circuit ou un capteur
1. Je lis le schéma : générateur, nœuds, branches, mailles ; ce qui est en série, ce qui est en dérivation.
2. Je flèche les courants et les tensions (convention récepteur, UPN dans le sens du courant).
3. J’écris la loi utile : nœuds pour I, mailles pour U, Ohm pour un dipôle ohmique, courbe pour un capteur ou une DEL.
4. Je calcule en V, A, Ω, puis je conclus avec l’unité et un regard critique (ordre de grandeur, domaine de validité).
Cas 1 · Mesurer et flécher
Réflexe — ampèremètre en série (entrée A ou mA) ; voltmètre en dérivation, V sur le point écrit en premier.
Exemple. Un voltmètre a sa borne V sur la borne N d’une pile et sa borne COM sur la borne P. Il affiche −4,5 V. Que vaut UPN ?
Il mesure UNP = −4,5 V.
UPN = −UNP = 4,5 V : les bornes étaient inversées.
Attention — un ampèremètre en dérivation court-circuite le dipôle.
Cas 2 · Loi des nœuds et loi des mailles
Réflexe — nœuds → intensités ; mailles → tensions ; deux dipôles entre les mêmes nœuds ont la même tension.
Exemple. UPN = 9,0 V ; R1 (U1 = 3,4 V, I = 0,62 A) en série avec D2 et D3 en dérivation ; I2 = 0,26 A. Trouver U3 et I3.
Maille (générateur, R1, D2) : U2 = UPN − U1 = 9,0 − 3,4 = 5,6 V ; D3 en dérivation avec D2 : U3 = 5,6 V.
Nœuds : I3 = I − I2 = 0,62 − 0,26 = 0,36 A.
Attention — en série, chaque tension de récepteur est inférieure à UPN.
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Cas 3 · Caractéristique et point de fonctionnement
Réflexe — loi des mailles → droite U = UPN − R × I ; intersection avec la caractéristique.
Exemple. Une DEL en série avec R = 200 Ω sous UPN = 6,0 V. Quels points tracer pour la droite ?
U = 6,0 − 200 × I : (I = 0 ; U = 6,0 V) et (U = 0 ; I = 6,0 ÷ 200 = 0,030 A = 30 mA).
Le point de fonctionnement est l’intersection de cette droite avec la caractéristique de la DEL.
Attention — sous sa tension de seuil, une DEL n’est traversée par presque aucun courant.
Cas 4 · Loi d’Ohm et coefficient directeur
Réflexe — droite par l’origine → R = ΔU ÷ ΔI avec deux points éloignés, I en ampères.
Exemple. La droite U = f(I) d’un conducteur passe par (10 mA ; 1,5 V) et (50 mA ; 7,5 V). Calculer R.
R = (7,5 − 1,5) ÷ (0,050 − 0,010) = 6,0 ÷ 0,040 = 150 Ω.
Attention — un rapport en V/mA donne des kΩ.
Cas 5 · Exploiter une courbe d’étalonnage
Réflexe — R du capteur → domaine ? → lecture sur la courbe, ou segment entre deux mesures.
Exemple. Une CTN vaut 3,9 kΩ à 50 °C et 2,1 kΩ à 70 °C. Elle mesure 3,0 kΩ. Estimer θ par un segment.
3,0 kΩ est entre les deux valeurs : 50 °C < θ < 70 °C.
θ ≈ 50 + 20 × (3,9 − 3,0) ÷ (3,9 − 2,1) = 50 + 20 × 0,5 = 60 °C.
Attention — pas de lecture hors du domaine d’étalonnage.
Les pièges
- Brancher l’ampèremètre en dérivation : il court-circuite le dipôle.
- Croire que le courant « s’use » après une lampe : en série, l’intensité est la même partout.
- Oublier le signe : UBA = −UAB, et une tension fléchée à contresens change de côté dans la loi des mailles.
- Garder des mA dans U = R × I, ou écrire U = R × I pour une DEL ou une lampe.
- Prolonger une courbe d’étalonnage hors de son domaine.
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