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République Tunisienne Ministère de l’éducation GÉNIE ÉLECTRIQUE Manuel de Cours

République Tunisienne Ministère de l’éducation GÉNIE ÉLECTRIQUE Manuel de Cours 4 ème année de l’enseignement secondaire Sciences Techniques Les auteurs Ali Zitouni : Inspecteur Principal Mohamed Habib Selma : Inspecteur Sabri KhElifi : Inspecteur Hamad Raddaoui : Inspecteur Nawfel BARKALLAH : Professeur Principal Hatem ABIDI : Maître de conférences Technologue Les évaluateurs Khemaies Jemli : Inspecteur Principal Taoufik Barhoumi : Inspecteur Centre National Pédagogique © tous droits réservés au Centre National Pédagogique - Tunis 3 SOMMAIRE Page A A1 LOGIQUE COMBINATOIRE 08 Les circuits intégrés combinatoires 09 Unité Arithmétique et logique (U.A.L) 38 A2 LOGIQUE SÉQUENTIELLE 48 Compteurs intégrés asynchrones 49 Compteurs/décompteurs intégrés synchrones 64 GRAFCET 88 A3 LOGIQUE PROGRAMMéE 102 Automate programmable industriel (A.P.I) 103 Microcontrôleurs 122 A4 Notions d’asservissement linéaire 174 Définition 178 Schéma Fonctionnel 179 Fonction de transfert 180 Applications 184 Page B B1 MOTEUR à courant continu 196 Présentation 197 Bilan énergitique et caractéristiques 203 Variation de vitesse 207 B2 Systèmes triphasés équilibrés 224 Réseau triphasé équilibré 225 Récepteurs triphasés équilibrés 228 B3 Moteurs asynchrones triphasés 242 Présentation 245 Bilan énergitique et caractéristiques 253 Commande et protection 258 C C1 AMPLIFICATEURS LINÉAIRES INTÉGRÉS 276 Montages à base d’A.L.I 278 Applications. 285 4 Avant-propos Dans le cadre de la révision partielle entamée depuis deux ans dans les programmes de génie électrique au niveau de la 3ème et de la 4ème année de la section sciences techniques, vient s’inscrire ce nouveau manuel d’électricité. Les auteurs conscients du rôle que doit jouer le manuel scolaire dans l’amélioration de la qualité de l’enseignement en fournissant, si possible à chaque élève, un outil susceptible de l’accompagner directement dans son apprentissage, ont essayé de faire de leur mieux par le biais des contenus proposés à concrétiser ces souhaits. Si le manuel scolaire est jugé par la majorité des intervenants dans le secteur de l’éducation comme étant l’outil le plus efficace pour aider les élèves dans leurs apprentissages, il reste souvent perçu comme une entrave à la liberté pédagogique des enseignants par le fait qu’il peut parfois, brimer la créativité des enseignants et par là être un obstacle à leur professionnalisation. Cet ouvrage est destiné principalement aux élèves de la 4ème sciences techniques. Toutefois son originalité dans la forme et dans le fond, le rend utilisable dans d’autres voies de formation. Les contenus développés autour de thèmes fédérateurs, décomposés eux-mêmes en chapitres et sujets divers et variés, sont ceux déclarés dans les nouveaux programmes . Sans être exhaustif, il se veut suffisamment complet pour permettre d’une part de développer chez les jeunes apprenants le goût d’apprendre afin de susciter chez eux une curiosité qui les incitera à aller rechercher le savoir et qui sera plus tard à la base de cette quête permanente de solutions à des situations problèmes et d’autre part d’offrir une opportunité aux élèves de la section sciences techniques pour préparer le bac dans les meilleures conditions. Nous n’avons pas la prétention de proposer des recettes clés en main. Chacun d’entre nous a des valeurs, des méthodes et des prérequis différents. Cependant, il nous a semblé important de partager ces quelques pistes pour mieux favoriser l’apprentissage des élèves. Ce manuel se veut, un champ d’idées qui peuvent servir de base à l’enseignant pour construire un cours et une activité qui soient adaptés à sa classe et à son enseignement et c’est à l’enseignant qu’il incombe d’accorder plus ou moins d’importance conformément aux programmes officiels aux différents points abordés. Les situations (supports du cours) proposées sont, pour la plupart, issues du quotidien, elles font partie du vécu des élèves. Elles ont pour mission de permettre à l’apprenant de comprendre l’environnement dans lequel il vit, de susciter un questionnement, d’essayer de satisfaire sa curiosité. Le contenu scientifique et la compétence de modéliser les objets ou les phénomènes auxquels les apprenants sont confrontés seront de bons outils pour mieux comprendre la nature des choses et des phénomènes, proposer des choix adéquats et argumentés et agir en connaissance de cause, en toute conscience. Nous espérons ainsi, rendre les élèves partie prenante durant les différentes phases des séances d’apprentissage. Les auteurs 5 Structure du manuel Ce manuel est composé de huit chapitres dont les intitulés sont déclarés dans les nouveaux programmes à savoir : A1: La logique combinatoire. A2: La logique séquentielle. A3: La logique programmée. A4: L’asservissement. B1: Le moteur à courant continu. B2: Le système triphasé équilibré. B3: Le moteur asynchrone triphasé. C1: Les amplificateurs linéaires intégrés. Relevant des trois domaines mentionnés dans les programmes officiels: ELECTROTECHNIQUE ELECTRONIQUE AUTOMATIQUE 6 Une page est dédiée aux contenux et aux objectifs de chacun des chapitres, dont voici un exemple : Le contenu de chaque chapitre est décomposé en quatre parties: A: Une mise en situation B: Un contenu C: Un résumé D: Une évaluation OBJECTIFS 2 2 LOGIQUE SÉQUENTIELLE LOGIQUE SÉQUENTIELLE I- Compteurs intégrés asynchrones 1- Présentation a- brochage; b- symboles; c- modulo; d- table de fonctionnement; e- chronogramme. 2- Montage en cascade des compteurs intégrés décimaux 3- Montage en cascade des compteurs intégrés binaires II- Compteurs/Décompteurs intégrés synchrones 1- Présentation a- brochage; b- symbôles; c- modulo; d- table de fonctionnement; e- chronogramme; f- mode de commande. 2- Association en cascade asynchrones des compteurs intégrés III- GRAFCET 1- GRAFCETs synchronisés 2- Mise en équation OS A21 ou de son dossier technique. OS A22 - Mettre en oeuvre un compteur/décompteur à base de circuits intégrés. OS A23 - Décrire le fonctionnement d’un système automatisé à l’aide de GRAFCETS synchronisés. OS A22 - Mettre en équation des GRAFCETS synchronisés. DU PROGRAMME CONTENU OBJECTIFS DU PROGRAMME OBJECTIFS 12 L OGIQUE S ÉQUENTIE LL E Un compteur est un circuit séquentiel comportant n bascules décrivant au rythme d‘une horloge un cycle de comptage régulier ou quelconque d‛un maximum de 2 n combinaisons. Dans un compteur binaire chaque bascule divise par deux la fréquence d‛horloge qui alimente son entrée CLK, avec ce genre de circuit, on peut diviser la fréquence initiale par n‛importe quelle puissance de 2. Le modulo d‛un compteur est le nombre d‛états occupés par ce dernier pendant un cycle complet. Le modulo maximal d‛un compteur à n bits (n bascules) est 2 n. Les diviseurs de fréquence sont des compteurs dont toutes les sorties ne sont pas utilisées. La division de fréquence dépendra de la sortie utilisée. La remise à zéro peut être synchrone ou asynchrone. Dans le cas d‛une RAZ asynchrone, la combinaison à appliquer à l‛entrée ou aux entrées de remise à zéro est celle correspondante à la valeur immé- diatement supérieure à la dernière valeur incluse dans l‛intervalle de comptage. Lorsqu‛un compteur compte en ordre croissant et qu‛on veut l‛arrêter, on peut faire un décodage partiel (recherche de la combi- naison de la RESET), en ne tenant compte que des sorties qui sont à 1. Le 7490 est composé d‛un diviseur par 2 et d‛un diviseur par 5. Par mise en cascade, il permet une division par 10. Le cycle à 10 positions est différent suivant l‛ordre de la mise en cascade (QA relié à horloge B ou QD relié à l‛horloge A). Le cycle ayant un rapport cyclique 0,5 est appelé Bi-quinaire et l‛autre est appelé comptage BCD. Il comprend d‛autre part une entrée de forçage à 0 et une entrée de forçage à 9. 13 L OGIQUE S ÉQUENTIE LL E I- Contrôle de connaissances 1- Qu’est-ce qui cadence la vitesse à laquelle compte un compteur ? 2- Quelle est la différence entre un compteur binaire et un compteur BCD ? 3- Que signifie le libellé «DIV16» dans un symbole de compteur ? 4- Les compteurs binaires sont à base d’opérateurs logiques: a. combinatoires ? b. séquentiels ? 5- Un compteur asynchrone est constitué a. d’un ensemble de bascules synchrones ? b. d’un ensemble de bascules asynchrones ? 6- Un circuit qui compte de 10 à 26 est un compteur a. modulo 26 ? b. modulo 16 ? c. modulo 17 ? II- Exercices résolus E XER CICE N°1 Soit le montage suivant: 1- Pour quelle(s) valeur(s) du comptage la diode LED D s’allume-t-elle ? justifier votre réponse. 2- Quelle(s) modification(s) doit-on apporter au schéma précédent pour que la LED s’allume à la valeur 5 uniquement en gardant toujours le même modulo (16) ? QA R0(1) R0(2) CKB CKA DIV2 DIV8 QB QC QD 12 9 14 3 2 1 8 11 & H CT=0 CT 0 2 CTR + + 7493 R D Fig. 16 uploads/Philosophie/ enie-lectrique-anuel-de-ours.pdf