Montage de circuits selon un cahier des charges
Dans la cage d'escalier d'un immeuble à Strasbourg, on peut allumer la lumière en bas et l'éteindre en haut. Un seul interrupteur ne permettrait pas cela. Comment faire ? Pour répondre, il faut savoir lire une consigne et la transformer en schéma : c'est ce qu'on appelle réaliser un montage selon un cahier des charges. Tu retrouveras la réponse à la fin de la page.
Lire un cahier des charges
Un cahier des charges est la liste de ce que le circuit doit faire : « la lampe s'allume quand… », « les deux lampes restent allumées si… ». Ton travail est de choisir les dipôles et de les relier avec des fils pour que le circuit respecte chaque ligne.
Chaque dipôle a un rôle précis :
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la pile est le générateur : elle fournit l'énergie électrique ;
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la lampe, le moteur, le buzzer et la DEL sont des récepteurs : ils reçoivent de l'énergie électrique et la convertissent (lumière, mouvement, son) ;
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l'interrupteur ouvre ou ferme le circuit.
Le grand trait de la pile est la borne +, le petit trait est la borne −.
Pour qu'un récepteur fonctionne, il faut une boucle fermée : en partant d'une borne de la pile, on doit pouvoir revenir à l'autre borne en passant par les fils, les récepteurs et les interrupteurs fermés. Un seul interrupteur ouvert dans cette boucle suffit à couper le courant.
Donner le nom des dipôles correspondant à ces fonctions : a) fournir l'énergie électrique ; b) ouvrir ou fermer le circuit ; c) produire de la lumière.
Donner le nom des dipôles correspondant à ces fonctions :
- a) fournir l'énergie électrique ;
- b) ouvrir ou fermer le circuit ;
- c) produire de la lumière.
Un circuit comprend une pile, un interrupteur, une lampe et des fils. a) Dessiner par la description l'ordre des éléments dans une boucle fermée. b) La lampe…
Un circuit comprend une pile, un interrupteur, une lampe et des fils.
- a) Dessiner par la description l'ordre des éléments dans une boucle fermée.
- b) La lampe brille-t-elle si l'interrupteur est ouvert ?
Série ou dérivation ?
Dès que le cahier des charges parle de plusieurs récepteurs, la première question est : en série ou en dérivation ?
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En série : les dipôles sont les uns à la suite des autres, dans une seule boucle. Si l'un est retiré ou grillé, la boucle est coupée et tout s'éteint.
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En dérivation : le circuit se sépare en plusieurs branches (aux points de jonction). Chaque branche forme une boucle avec la pile. Si une lampe grille, les autres continuent de briller.
Voici la règle de décision pour lire un cahier des charges :
Tu peux tester cela avec la simulation : passe de 1 à 4 lampes et observe l'éclat.
Dans la simulation, ignore les valeurs électriques : observe seulement le nombre de lampes en dérivation et leur éclat.
Des lampes en série brillent moins que des lampes en dérivation : c'est normal. En dérivation, chaque lampe est reliée directement à la pile, alors qu'en série la même boucle doit alimenter toutes les lampes.
On souhaite allumer deux lampes avec un seul interrupteur placé sur la boucle principale. a) Peut-on placer les lampes en série ? en dérivation ? Justifier pour chaque…
On souhaite allumer deux lampes avec un seul interrupteur placé sur la boucle principale.
- a) Peut-on placer les lampes en série ? en dérivation ? Justifier pour chaque montage.
- b) Indiquer où se place l'interrupteur dans chaque cas.
Cahier des charges : un circuit comporte une pile, deux lampes L1 et L2 et deux interrupteurs K1 et K2. L1 doit pouvoir s'éteindre sans éteindre L2, et L2 sans éteindre…
Cahier des charges : un circuit comporte une pile, deux lampes L1 et L2 et deux interrupteurs K1 et K2. L1 doit pouvoir s'éteindre sans éteindre L2, et L2 sans éteindre L1.
- a) Quel type de montage faut-il choisir ?
- b) Décrire où placer K1 et K2.
- c) Que se passe-t-il si une lampe grille ?
Où placer les interrupteurs ?
La place d'un interrupteur détermine ce qu'il commande :
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Placé sur la boucle principale (là où passe tout le courant de la pile), il commande tout le circuit. C'est un interrupteur général.
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Placé dans une branche, il commande uniquement cette branche.
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Deux interrupteurs en série dans la même boucle : il faut que les deux soient fermés pour que ça fonctionne.
Sur ce schéma, G est fermé et K est ouvert : L1 brille, L2 est éteinte. Si on ouvre G, tout s'éteint, même si K est fermé.
Un système d'alarme de porte doit fonctionner ainsi : le buzzer sonne si la porte est ouverte et si le système est activé. a) Quel type de montage faut-il pour les deux…
Un système d'alarme de porte doit fonctionner ainsi : le buzzer sonne si la porte est ouverte et si le système est activé.
- a) Quel type de montage faut-il pour les deux interrupteurs ?
- b) Décrire le circuit avec une pile, un buzzer, un interrupteur de porte (fermé quand la porte est ouverte) et un interrupteur d'activation.
On dispose d'une pile, de deux lampes identiques, de deux interrupteurs et de fils. Cahier des charges : une lampe L1 doit être allumée en permanence quand le circuit…
On dispose d'une pile, de deux lampes identiques, de deux interrupteurs et de fils. Cahier des charges : une lampe L1 doit être allumée en permanence quand le circuit est alimenté ; la lampe L2 doit s'allumer uniquement quand un interrupteur K est fermé ; un interrupteur général G doit couper tout le circuit.
- a) Choisir le type de montage et justifier.
- b) Décrire la position de G et de K.
- c) Indiquer l'état de chaque lampe si G est fermé et K ouvert, puis si G est ouvert et K fermé.
Un élève doit réaliser un montage avec une pile, un moteur et deux lampes en dérivation. Le moteur doit être alimenté seulement lorsqu'un interrupteur est fermé, tandis…
Un élève doit réaliser un montage avec une pile, un moteur et deux lampes en dérivation. Le moteur doit être alimenté seulement lorsqu'un interrupteur est fermé, tandis que les deux lampes restent allumées. Il propose de placer l'interrupteur en série avec le moteur.
- a) Valider ou critiquer cette proposition.
- b) Décrire le circuit complet.
- c) Que se passe-t-il pour les lampes si l'interrupteur est ouvert ? Justifier.
La DEL et le sens du courant
Une DEL (diode électroluminescente) est un récepteur particulier : elle ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Si elle est branchée « à l'envers », elle bloque le courant : elle ne s'allume pas, et le reste du circuit en série ne fonctionne pas non plus.
Le triangle du symbole indique le sens passant : le courant entre par le côté plat du triangle (en venant de la borne + de la pile) et sort par la barre vers la borne −.
Un circuit comporte une pile, une lampe et une DEL (diode électroluminescente) en série. Ni la DEL ni la lampe ne s'allument, alors que la pile est en bon état et que…
Un circuit comporte une pile, une lampe et une DEL (diode électroluminescente) en série. Ni la DEL ni la lampe ne s'allument, alors que la pile est en bon état et que tous les fils sont bien branchés.
- a) Proposer une explication liée au sens du courant.
- b) Que faut-il faire pour que la DEL fonctionne ?
Commander une lampe depuis deux endroits
Retour à la cage d'escalier. On veut allumer ou éteindre la même lampe depuis le bas et depuis le haut. Un interrupteur simple (ouvert ou fermé) ne suffit pas : si on le ferme en bas, on ne peut plus rien changer depuis le haut sans toucher à ce premier interrupteur.
On utilise deux interrupteurs inverseurs (« va-et-vient »). Un inverseur a une borne commune (C) qui peut être reliée à l'une ou l'autre de ses deux autres bornes.
Dans ce schéma, K1 et K2 sont tous deux positionnés sur « fil 1 » : le courant passe par le fil 1, la lampe est allumée. Si on bascule K1 sur « fil 2 » alors que K2 reste sur « fil 1 », le chemin est coupé : la lampe est éteinte. Il suffit de basculer K2 sur « fil 2 » pour la rallumer.
Retour au début : en bas comme en haut de l'escalier, un inverseur permet de changer l'état de la lampe, quelle que soit la position de l'autre.
Cahier des charges pour une cage d'escalier d'un immeuble à Strasbourg : une lampe doit pouvoir être allumée ou éteinte depuis le bas et depuis le haut, avec deux…
Cahier des charges pour une cage d'escalier d'un immeuble à Strasbourg : une lampe doit pouvoir être allumée ou éteinte depuis le bas et depuis le haut, avec deux interrupteurs va-et-vient.
- a) Expliquer pourquoi un seul interrupteur simple ne suffit pas.
- b) Décrire le montage avec une pile, une lampe et deux interrupteurs inverseurs.
- c) Donner un exemple de positions des interrupteurs pour lesquelles la lampe est allumée, puis éteinte.
L'essentiel
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Un cahier des charges se traduit en choisissant les dipôles puis le type de montage.
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Le circuit doit former une boucle fermée ; un interrupteur ouvert dans la boucle coupe tout.
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Série : une seule boucle, tout s'éteint si un élément est coupé. Dérivation : plusieurs branches indépendantes.
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Un interrupteur dans une branche commande cette branche ; sur la boucle principale, il commande tout. Deux interrupteurs en série : il faut les deux fermés.
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La DEL ne laisse passer le courant que dans un sens (du + vers le −).
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Deux interrupteurs inverseurs (va-et-vient) permettent de commander une lampe depuis deux endroits.