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Bac STI2D

La simulation analogique sur ordinateur

Noms :  
Centre d'intérêt : CI 2 Instrumentation / Acquisition et restitution de grandeurs physiques
Classe : 1ère Sti2d Sin
Id programme : sin15, sin31  
Conditions : Seul , durée  3 heures.
Matériel : - PC
Logiciel : - Proteus

I. Objectifs

  • Apprendre à utiliser le logiciel de simulation électronique Proteus.
  • Etudier les lois sur les tensions;
  • Etudier les lois sur les courants.

II. Prise en main de Proteus

Nous allons voir dans cette première partie, en 7 étapes et à travers un exemple élémentaire, la mise en œuvre pas à pas de la simulation analogique d’un circuit électronique avec le logiciel Proteus. Pour cela nous allons réaliser la saisie puis lancer la simulation d’un montage simple, afin d’obtenir les valeurs des tensions et des courants présents dans le circuit. Vous apprendrez à cette occasion comment utiliser les appareils de mesure (voltmètre et ampèremètre) et comment câbler des résistances dans le logiciel Proteus.

Effectuez chacune des 7 étapes suivantes, en mémorisant consciemment la procédure de saisie, de configuration, et de simulation du circuit : dans les parties II à VI du TP vous devrez ensuite simuler d’autres montages, mais les actions à effectuer sur le logiciel ne vous seront plus données en détail.

ETAPE 1 :

Lancez le logiciel de simulation Proteus 8 Professionnal et agrandissez sa fenêtre à tout l’écran. Dans la partie gauche de l’écran se trouve une boîte verticale de boutons :

Proteus 8 dans le menu Windows

Cliquez sur Schematic Capture pour éditer vos schémas électroniques.

Vous obtenez la fenêtre suivante :
Fenêtre Schemetic

En plaçant le curseur de la souris sur un bouton, sans cliquer, une info-bulle affiche le nom du bouton. Le premier bouton de cette barre d’outils, en forme de flèche noire, s’appelle Mode sélection. Repérez les boutons nommés Mode composant, Mode point de jonction, Mode terminal, Mode générateur et Mode instruments virtuels parmi les 23 boutons verticaux de cette barre d’outils et mémorisez leur position : vous aurez régulièrement besoin de ces boutons qui seront désormais désignés par leur nom, sans rappeler leur emplacement.

 

Menu vertical de proteus

ETAPE 2 ;

Préparez les 2 composants suivants, en allant les chercher dans les catégories indiquées.

 

Nom réel du composant Nom exact du composant (colonne Device) dans la catégorie
Une résistance RES
Une pile CELL
Une lampe LAMP

Pour cela :

 Sélection des composants sur proteus

Pour allez prendre les composants :

  1. Cliquez sur le bouton composants;
  2. Cliquez sur la lettre P (la fenêtre Pick Devices (raccourcis touche P);
  3. Recherchez votre composant;
  4. Sélectionnez le composant puis double-cliquez dessus.
  5. Le composant se rajoute dans votre espace de travail.

 Recommencer l’opération pour tous les composants dont vous aurez besoin

Fermez la boîte de dialogue Pick Devices après y avoir pris tous les composants (raccourcis Echap).

ETAPE 3 :

Nous souhaitons réaliser le schéma électrique ci-dessous :

Schéma électrique simple.
Schéma 1

– Réalisez le montage indiqué sur le Schéma 1, en utilisant 1 résistance (composant RES), 1 lampe ( LAMP) et une pile ( CELL ).

Schema 1 sous proteus
Schema 1 sous proteus

Pour connecter 2 composants avec un fil électrique dans le logiciel Proteus, vous devez :

  • Placer les composants sur la feuille de travai.
  • Cliquer sur le bouton « Mode point de jonction ».
  • Cliquer sur la borne du premier composant.
  • Cliquer sur la borne du second composant

 Il est inutile de perdre du temps à faire des virages avec les fils électriques, c’est le logiciel qui s’en charge !

 

REMARQUES :

  • Les touches F6 et F7 du clavier permettent de faire un zoom avant et un zoom arrière centré sur le curseur de la souris.
  • La touche F5 permet de centrer à l’écran la zone pointée par le curseur de la souris, et la touche F8 permet d’afficher l’ensemble de votre feuille de travail.
  • N’hésitez pas à zoomer la région du circuit sur laquelle vous travaillez et maîtrisez l’utilisation des touches F5, F6, F7 et F8 en les utilisant fréquemment !

ETAPE 4 : 

– Lors de la simulation analogique dans le logiciel Proteus, il faut toujours connecter un composant GROUND à la borne moins du générateur de tension (ici la pile) du montage. Ce composant GROUND représente la masse du circuit, et est indispensable pour pouvoir simuler le comportement électrique du montage.

Ground dans le circuit.
Ground dans le circuit.

En suivant la procédure suivante, rajoutez un composant GROUND dans votre schéma et connectez-le à la borne moins de la pile :

  • Initiation au logiciel Protéus PROTEUS 1 Page 2 sur 9
  • Cliquez sur le bouton « Mode terminal »
  • Dans la liste des composants qui sont présentés cliquez gauche sur GROUND pour le sélectionner Cliquez dans votre schéma pour rajouter le composant GROUND à votre montage
  • Connectez cette masse (GROUND) à la borne moins de la pile

Pour déplacer, configurer, supprimer un composant ou lui faire subir une rotation, cliquez droit sur le composant puis utilisez une des entrées du menu contextuel (bouton droit de souris).

 

ETAPE 5 :

Nous allons maintenant configurer la valeur de la résistance (en ohms), du générateur de tension ou pile (en volts) et de la lampe.

Pour configurer un composant, il faut cliquer droit sur le composant (il devient rouge), puis cliquer gauche sur « Editer propriétés » : la boite de dialogue de configuration apparaît. Le double-clic fait aussi l’affaire.

Pour désélectionner tous les composants (afin qu’aucun composant ne soit rouge) il faut cliquer gauche sur le fond de la feuille de travail, à l’extérieur de tout composant.

Ouvrez la boîte de dialogue de configuration de chacun des composants et les configurer comme ceci :

  • Pour la pile, entrer 5V dans le champ Voltage,
  • Pour la résistance entrer 50;
  • Pour la lampe entrer 2V

 REMARQUES : 

  • Le logiciel Proteus utilise les préfixes suivants pour les valeurs des composants : M pour méga, k pour kilo, m pour milli, et u pour micro.
  • La virgule décimale est représentée par un point (et non par une virgule)

 

ETAPE 6 :

Maintenant le schéma est terminé et paramétré, vous allez pouvoir lancer la simulation afin d’observer le comportement de ce circuit Pour cela, cliquez sur « Run » dans le menu « Debug » de Proteus (vous pouvez aussi utiliser les boutons de raccourcis en bas à gauche de la fenêtre proteus.

Run  proteus
Run proteus

Mettez ci-dessous une copie d'écran du montage obtenu sous proteus en mode simulation :

 

 

Que se passe-t'il lorsque vous lancez la simulation?

Arrêtez la simulation

 Nous venons de voir, à travers les 6 étapes précédentes, comment réaliser un montage analogique sous Proteus, comment configurer les composants, comment connecter deux composants ensemble et comment lancer et arrêter la simulation analogique. Vous allez maintenant appliquer cet apprentissage dans les applications suivantes.

 

 III. Les tension électriques

 

3.1. Généralités

La tension, différence de potentiel, ou ddp est représentée par une dans un circuit électrique.

Montage 2    Schéma 2

 Schéma 2

 

La tension est représenter par la lettre  et a pour unité  de symbole
.

3.2.Mesure d’une tension

 

Une tension se mesure à l’aide .

 

    1. Modes de mesure

 Il y a 2 modes de mesure en général pour un voltmètre :

Mesure une tension continue. 

Mesure la tension d'une 

DC Voltmeter 
 Mesure d'une tension sinusoidale

Mesure la tension d'une 

 AC Voltmeter

 

    1. Branchements

 

Pour mesurer une tension électrique, le voltmètre se branche toujours en .

Vous allez ajouter un appareil de mesure pour mesurer la tension aux bornes de la lampe. Pour cela, ajoutez le voltmètres (instrument DC VOLTMETER disponible dans le « Mode instruments virtuels ») dans le schéma 3 ci-dessous, en respectant la polarisation de l'appareil de mesure.

Lancez la simulation et relevez UL.

Refaites la mesure comme dans le schéma 4. 

Branchement voltmètreSchéma 3


Schéma 4
 Mesure de UL=  Mesure de UL=

 Donc pour brancher un voltmètre, il faut mettre la borne  sur la pointe de la flèche et la borne  sur le talon. D’où UL=.

 3.3. Lois pour les tensions

 3.3.1. Montage

 Schéma 5

Valeur des composants : R1=20Ω, R2=30Ω, Lampe 2V et générateur de 5V.

Saisissez sur proteus le schéma ci-dessus.

Mettez ci-dessous une copie d'écran du montage obtenu sous proteus en mode simulation :

 

 3.3.2. La tension est une grandeur algébrique

 

Mesurez les tensions suivantes ( attention aux branchements du voltmètre) :

tension UAB et UBA Tension UCD et UDC
UAB =
UBA =
UCD =
UDC =

La tension est donc une grandeur algébrique : .

 

    1. La tension aux bornes d’un fil

Mesurez la tension UED

Conclure sur la tension aux bornes d'un fil :

 3.3.4. Loi d’additivité des tensions

 Rappel : Une branche est une portion de circuit .

Représentez linéairement, ci-dessous, la branche AD qui comprend R1, R2, L  et flêchez les tensions UAB, UBC, UCD et UAD.
Importez votre dessin ci-dessous : 

 

Mesurer les tensions :

UAB = , UBC =  , UCD =  et UAD =

Quelle relation entre ces tensions peut-on en déduire ?

Généralisation :

 

 

 

IV. Le courant électrique

4.1. Généralités

Le courant électrique est représentée par une sur le circuit électrique.

Mesure d'un courant

Le courant électrique est représenter par la lettre  et a pour unité  de symbole  

4.2. Mesure de l’intensité d’un courant électrique

L’intensité d’un courant électrique se mesure à l’aide d’un  (AMMETER sur proteus) .

4.2. Modes de mesure

Il y a 2 modes de mesure en général pour un ampèremètre :

 Mesure de l'intensité d'un courant continu

Mesure de l'intensité du courant d'un 

DC Amperemeter 
 Mesure de l'intensité d'un courant sinusoidal

Mesure de l'intensité du courant d'un 

AC Amperemeter

 

4.3. Branchement

Pour bien brancher un ampèremètre, le courant I doit rentrer par la borne ……….. et sortir par la borne ………….

Mesure d'un courant

L’ampèremètre se branche donc en série, il faut effacer le fil sur lequel on veut le brancher AVANT de placer l’ampèremètre, puis il faut ensuite le connecter avec 2 nouveaux fils. Ne pas "déposer" l’ampèremètre sur un fil !

Complétez le schéma avec l'ampèremètre et indiquez la valeur de I1

I1=

Ne jamais brancher un ampèremètre en ……………………………………... En effet, vous risquez ……………………….. le circuit électrique el le multimètre.


4.4. Calibres

Calibres de l'ampèremètre

L’ampèremètre de Proteus (instrument DC AMMETER) possède 4 calibres différents configurables dans ses propriétés (champ Display Range) :

  • kA : pour mesurer un courant de l’ordre du kiloampère;
  • Amps : pour mesurer un courant de l’ordre de l'ampère; 
  • Milliamps : pour mesurer un courant de l’ordre du milliampère;
  • Microamps : pour mesurer un courant de l’ordre du microampère.

Si l’ampèremètre affiche 0.00 cela signifie peut-être qu’il est sur un calibre trop grand !

Mesurez I1 avec les différents calibres :

  • kiloampère : I1=  ;
  • ampère : I1= ;
  • milliampère : I1= ;
  • microampère : I1= .

En pratique, faites attention au courant maximum que peut supporter l’ampèremètre, sinon .

4.5. Lois sur les courants

4.5.1. Montage

Réalisez le montage ci-dessous : 

On a UG=15V, R1=100Ω et R2=220Ω et lampe L 8Vollt.

 

 4.5.2. Définitions

  • Dipôle :
    Exemples :
  • Nœud :
    Exemples :
  • Branche :
    Exemples :

4.5.3. L’intensité est une grandeur algébrique

Mesurer les intensités des courants suivants ( attention aux branchements de l’ampèremètre) :
I1 =  et I6 =

L’intensité d’un courant est donc

Remarque : Quelle conclusion peut-on tirer si, lors d’une mesure d’intensité, la valeur affichée est négative ?

4.5.4. L’intensité dans une branche ou dans un circuit série

Mettez ci-dessous une copie d'écran du montage obtenu sous proteus en mode simulation :

 

Mesurer les intensités des courants suivants ( attention aux branchements de l’ampèremètre) :
I1 = et I5 =
I3 = et I4 =

Quelles relations entre ces courants peut-on en déduire ?

Conclusion  L'intensité du courant qui traverse une branche ou un circuit série est en tout point du circuit.

4.5.5. Loi des nœuds

Mesurer les intensités des courants suivants ( attention aux branchements de l’ampèremètre) :
I1 = , I2 = et I3 =
I3 = , I5 = et I4 =I3

Quelles relations entre ces courants peut-on en déduire ?


Loi des nœuds : La des intensités des courants électriques à un nœud est à la des intensités des courants électriques qui en

 

V. Conclusion

 Ce TP vous a montré les bases du logiciel Proteus. Il vous appartient désormais d’utiliser naturellement

 Proteus, mais surtout de découvrir par vous même les autres fonctionnalités non énumérées ici (touches ou boutons de raccourcis, copier/coller, nouveaux composants, clic droit+Placer, etc.)

Mettez votre conclusion sur le TP :

Exercices à faire :

Ici

 

Imprimer votre travail

Source(s) :

  • https://sti2d.ecolelamache.org/ii_signal_analogique_rel_rsultant_dune_mesure_dun_capteur.html


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J'enseigne au
Lycée Paul SERUSIER
Avenue de Waldkappel
29270 CARHAIX PLOUGUER
Tél : 02 98 99 29 29
Site : www.lycee-serusier.fr

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Richard GAUTHIER
Professeur de Physique Appliquée
Certification ISN
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