Stage IRIS 2003
TP-TD obtention de la réponse d'un circuit RC par numérique. Thème V.1. ...
Fonctionnement linéaire et non-linéaire d'un circuit. Transmittance d'un circuit ...
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PROGRESSION en première année de préparation au
B.T.S. I.R.I.S.
La progression proposée a été testée durant lannée scolaire 2002-2003 dans une classe de première année de la section TS-IRIS du lycée Vauvenargues à Aix en Provence. Bien quelle ait pour but de suivre le nouveau référentiel, certains points (cours, TD ou TP) sont issus dune demande spécifique des collègues de Sciences et Techniques Industrielles, ou constituent une réponse face aux difficultés relevées chez des élèves de cette classe.
Lordre présenté est lordre chronologique.
Les horaires indiqués ne prennent pas en compte les temps dévaluations et de corrections.
La durée cumulée sur lannée des évaluations et des corrections est de :
Contrôles de cours : 1h,
Devoirs surveillés : 8x1h,
Contrôles de TP : 2x2h,
Corrections : environ 6h.
Les T.P. proposés ont essayé dêtre pour la plupart pensés pour une séance de 2 h, mais lemploi du temps de la classe étant de 4h de TP par quinzaine, cela na pas permis de les tester sur une séance de 2h hebdomadaire. Même si la séance de 4h a été le plus souvent possible coupée en 2 séances de 2 h successives, la séance de 4h par quinzaine ne peut en aucun cas remplacer efficacement une séance de 2h par semaine : une séance de TP de 2 h par semaine est plus efficace quune séance de TP 4 h quinzaine.
PROPOSITION DE PROGRESSION EN TS-IRIS
1ère année (réalisée en 2002-2003).
0- Présentation du programme et des thèmes abordés Notion de contrat (« évaluation des connaissances et compétences exigibles »).
Initiation au traitement numérique.
2 h + 2x2 h TP
Généralités : chaîne de traitement numérique, vocabulaire et justifications techniques : échantillonnage, blocage, CNA, algorithme (traitement numérique) CAN, lissage.
Enoncé de la condition de Shannon pour léchantillonnage.
Opérations réalisées par un algorithme (équation de récurrence), représentation structurelle.
Propriété dun algorithme : causalité, récursivité, RII, RIF, stabilité.
Utilisation de lalgorithme (équation de récurrence) pour obtenir différentes réponses, déterminer les propriétés, déterminer la « fonction » réalisée par lalgorithme.
Application à la résolution dune équation différentielle.
Stratégie :
Support pour commencer lannée par un sujet nouveau pour tout le monde et favoriser une mise au travail identique de toute la classe. Pas de difficulté particulière.
TP proposés :
TD équations de récurrence et propriétés des algorithmes avec correction autonome par tableur Excel.
TP-TD obtention de la réponse dun circuit RC par numérique.
Thème V.1.Théorème de Shannon.
Chaîne de traitement numérique.
Réponse dun système.
Sécurité et distribution électrique.
2 h
Présentation du régime TT, définition de la masse dun appareil.
Définition du contact direct, indirect.
Effets du courant ( Intensité, temps.
Rôle du disjoncteur différentiel, de la prise de terre.
Stratégie :
Support pour reprendre la manipulation des lois générales de lélectricité (Documents issus des stages « enseigner la sécurité » disponibles sur le site académiques dans la rubrique « fiches »).
TP proposés :
Pas de TP particulier, présentation et identification du matériel installé sur le pupitre de distribution. Respect des règles de sécurité lors des TP.Thème VIII.1.
Loi des mailles.
Loi des nuds.
Circuits résistifs.
Pont diviseur de tension.
Utilisation des diodes et transistors.
2 h + 3x2h TPComportement et modélisation dune diode, dun transistor.
Fonctions logiques.
Circuits linéaires : Application des théorèmes de Thèvenin et de superposition.
Stratégie :
Support pour repréciser, les composants linéaires de base, le comportement dun circuit linéaire et les méthodes utilisées pour son étude.
Support pour reprendre la notion de modèle ( difficulté pour les élèves : ils nimaginent pas quun modèle « simple » (déduit de lobservation) remplace un objet « complexe » pour en étudier le comportement, ils ladmettent en général mais ne le mettent pas ou très peu en application.
TP proposés :
Caractéristiques et fonctionnement dun transistor bipolaire : utilisation du tableur Excel pour exploiter un tableau de mesures (tracé de courbes, obtention de léquation dune droite).
Réalisation dune fonction logique par diodes et transistors.
Détermination expérimentale du modèle de Thèvenin de la sortie dune porte logique.
Partie de cours réalisée à la demande des collègues de STI.
Circuits linéaires.
Modèle de Thèvenin.
Méthode de superposition.
Notion de Modèle.
Amplification dun signal analogique.
3 h + 3x2h TP
Structure fonctionnelle dun amplificateur.
Caractéristique de Transfert : linéarité et distorsion.
Notion de Gain en puissance.
Réponse fréquentielle (diagramme de Bode du gain) ( échelle semi-log.
Notion de fréquence de coupure, bande passante.
Réalisation de la fonction amplification à laide de lamplificateur opérationnel.
Stratégie :
Support pour reprendre les propriétés et les méthodes détude dun montage à AOP en régime linéaire.
TP proposés :
Etude et modélisation du montage simulant une ligne bifilaire perturbée en mode commun : Application du théorème de superposition à une source continue et une source alternative.
Caractéristiques dun amplificateur de différence (TRMC), intérêt par rapport aux perturbations en mode commun.
Amplification en puissance, gain et distorsion, bande passante.
Thème III.2.
Fonctionnement linéaire et non-linéaire dun circuit.
Transmittance dun circuit linéaire.
Gain en puissance.
Fréquences de coupure et bande passante.
Fonction comparaison.
1 h
Nécessité dé la remise en forme dun signal logique
Seuil de comparaison
Fonction Trigger
Stratégie :
Support pour reprendre les propriétés et les méthodes détude dun montage à AOP en régime non linéaire, et lexploitation de la caractéristique entrée-sortie dun composant.
TP proposés :
Pas de TP en particulier mais mise en uvre dun comparateur pour remettre en forme un signal suite à une transmission par fibre optique ou modulation. Manipulation à faire lors dun TP, lannée prochaine.
Thème III.1.
Circuits non-linéaires
Distribution électrique et régime sinusoïdal.
7h + 3x2h TP
Généralités sur le régime sinusoïdal.
Impédance dun dipôle.
Puissances active, réactive, apparente, facteur de puissance k = P/S.
Représentation complexe dune grandeur sinusoïdale, impédance complexe ( déphasage.
Utilisation des nombres complexes
Transmittance isochrone dun circuit linéaire ( différence de phases.
Présentation du réseau de distribution électrique en France.
Monophasé-triphasé, intérêt.
Rôle du transformateur.
Domaine de tension et règles de sécurité.
Stratégie :
Support pour reprendre les méthodes de calculs avec les nombres complexes en régime sinusoïdal, exercices dapplication sur la distribution ( difficulté mathématique pour les élèves malgré que le cours de math ait été fait.
Loutil mathématique « complexe » nest pas maîtrisé et se rajoute aux autres difficultés liées à lutilisation des lois de la physique.
TP proposés :
Amplification dune tension sinusoïdale, équations temporelles des tensions dentrée et de sortie, amplification, gain différence de phase.
Etude dun dipôle linéaire en régime sinusoïdal : impédance, déphasage, puissance transmise.
Thème II.1.
Thème VIII.1.
Utilisation des nombres complexes
Transmittance dun système.
Puissances.
Conversion dénergie électrique.
4 h + 2x2h TP (1 seul TP fait cette année)
Généralités sur le magnétisme et intérêt de lénergie sous forme magnétique pour la conversion dénergie électrique à travers des expériences de cours.
Schéma-bloc du transfert de puissance pour le transformateur.
Définition de lisolation galvanique.
Caractéristique et symbole du transformateur de sécurité.
Intérêt dune plaque signalétique : notion de grandeur nominale.
Schéma-bloc du transfert de puissance pour un convertisseur électromécanique.
Notion de puissance absorbée, utile, de rendement, de pertes.
Définition du stator, du rotor.
Définition de la puissance mécanique P = T.( ou P = F.v
Intérêt dune plaque signalétique : notion de grandeur nominale.
Exemple de machine et de caractéristiques mécaniques En précisant la grandeur de commande de la vitesse.
Notion de point de fonctionnement, couple utile, couple résistant, fonctionnement à vide.
Exploitation du théorème fondamental de la dynamique ; démarrage, accélération, régime permanent.
Stratégie :
Support pour donner aux étudiants un modèle et leur faire utiliser pour répondre à un cahier des charges ( difficulté dinterprétation des informations données, mais aussi difficulté dadaptation des étudiants à un exercice de type nouveau en physique car ils sont restés sur ce quil avait lhabitude de faire et ne se remettent pas en question pour assimiler ce quon leur demande : « cest pas çà létude des machines
».
TP proposés :
TP intérêt du transformateur et de la distribution sous haute tension décrit au chapitre précédent.
TP caractéristique mécanique dun moteur non fait cette année mais prévu pour le faire en association avec le convertisseur statique correspondant lan prochain.
Thème VIII.2.Notion de Modèle.
Transfert de puissances.
Caractéristiques et point de fonctionnement.
Transmission par câble coaxial et fibre optique.
2x2h TP
Fréquence et longueur donde dun signal.
Vitesse de propagation du signal.
Affaiblissement et dispersion.
Phénomène de réflexion et adaptation dimpédance.
Sensibilité spectrale des composants optoélectroniques.
Caractéristiques temporelles dune transmission (temps de montée, de descente).
Stratégie :
Partie abordée uniquement sous la forme dun TP. Elèves intéressés.
TP proposés :
TP propagation dun signal dans un câble coaxial.
TP transmission dun signal par fibre optique.
Thème VI.1.
Thème VI.2.
Thème VI.3.Longueur donde.
Vitesse de propagation.
Réflexion et adaptation dimpédance.
Caractéristiques temporelles et énergétiques du signal.
4h + 2h TP
Généralités sur les signaux, vocabulaire.
Calcul et mesure dune valeur moyenne.
Décomposition dun signal en composantes continue et alternative ( application du théorème de superposition et du couplage AC/DC de loscilloscope.
Calcul et mesure dune valeur efficace.
Puissance instantanée et puissance moyenne reçue par un dipôle ( application de la valeur moyenne.
Stratégie :
Support pour donner une première approche de la décomposition dun signal ( difficulté des élèves par manque de rigueur et de travail : choix de lappareil de mesure à prendre non maîtrisé. Support détude : codage des signaux numériques en bande de base.
TP proposés :
TP mesure des valeurs moyenne et efficace dune tension. Composantes continue et alternative
Thème II.1.
Thème II.3.Valeur moyenne.
Valeur efficace.
Décomposition dun signal périodique.
Transmission dun signal numérique.
2x2h TP
Mise en uvre dun compteur 3 bits.
Mise en uvre dun multiplexeur-démultiplexeur.
Transmission série-parallèle
Stratégie :
Essayer de répondre à une difficulté des élèves : le fait de manipuler directement sur le composant multiplexeur, leur a permis de matérialiser et concrétiser les opérations de multiplexage et démultiplexage (fait en informatique par commande logiciel), ainsi quun octet sur une liaison parallèle et un sur une liaison série.
TP proposés :
Mise en uvre dun compteur et dun multiplexeur-demultiplexeur pour passer de la transmission parallèle à série et inversement dun octet.TP réalisé en réponse aux difficultés des élèves.Codage binaire sur 3 bits dun chiffre.
Liaison série-parallèle.
Représentation fréquentielle dune grandeur périodique.
8h + 2x2h
Décomposition dun signal en composantes continue et composante harmonique ( par expérience de cours.
Spectre damplitude.
Calcul de la valeur efficace à partir de la décomposition de Fourier.
Taux de distorsion.
Réponse dun système linéaire obtenue par sa transmittance et le spectre damplitude en entrée.
Stratégie :
Présentation expérimentale intéressante avec winoscillo des représentations temporelle et fréquentielle. Démarche mise en place très progressive : travail de la représentation fréquentielle sur une sinusoïde simple avec composante continue avant de passer au spectre dun signal périodique non sinusoïdal et enfin à leffet dun circuit linéaire sur la représentation spectrale. Electronique de puissance prise comme support ( onduleur.
TP proposés :
TP isoler les composantes harmoniques dun signal périodique à laide dun filtre analogique.
TP Décomposition dun signal mémorisé par logiciel. Reconstitution du signal à laide dun traceur de courbe mathématique. Comparaisons.
Thème II.2.Décomposition dun signal périodique.
Spectre damplitude.
Transmittance dun système.
Réponse dun système.
Filtrage dun signal analogique.
3h + 2x2h TP
Généralités, fonction
Gabarit filtres idéaux
Réalisations techniques
Gain, fréquence de coupure, bande passante
Réponse fréquentielle : diagrammes de Bode
Ordre du filtre
Stratégie :
Reprise des connaissances sur la représentation complexe, les transmittances isochrones, les spectres damplitude, les gains, les bandes passantes, les diagrammes de Bode, les montages simples à AOP en régime linéaire (montage équivalent aux fréquences limites des filtres actifs utilisés.
Montrer par un exercice que la fonction filtrage peut être réalisée de manière numérique (rappel de la condition de Shannon).
TP proposés :
TP Etude de la réponse harmonique des filtres passe-bas du 1er et 2nd ordre.
TP Filtrage dune tension composée dune composante continue et dune sinusoïde. Influence de lordre du filtre.
Thème II.1.
Thème II.2.
Thème III.3.Utilisation des nombres complexes.
Transmittance dun système.
Gain en puissance.
Fréquences de coupure et bande passante.
Diagrammes de Bode.
Réponse dun système.
Spectre damplitude.
Introduction à la C.E.M.
Stratégie :
Utilisation de la présentation Power Point présentée lors du stage 2002 lors de la dernière séance de lannée.
1h30Thème II.1.
Thème II.2.
Thème II.3.
Thème III.3.
Thème VIII.1.
Thème VIII.3.
Bilan de la 1ère année : notions importantes abordées :
Modélisation et utilisation dun modèle,
Transmittance dun modèle linéaire,
Représentation fréquentielle,
Bande passante.
Aix-Marseille Stage Rénovation du B.T.S. IRIS 6 juin 2003
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