QCM : Signaux et dipôles électriques (20 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Concernant l’électronique et un système audio, quelles propositions sont exactes ?

L’électronique étudie le courant électrique dans le vide, les gaz ou les semi-conducteurs.
L’impédance mesure l’opposition d’un circuit au passage d’un courant alternatif.
Un système audio comprend notamment un microphone, un amplificateur et un haut-parleur.
L’électronique contribue à créer et former des signaux électriques et des supports d’information.
Un système audio comprend notamment un microphone, un oscilloscope et un haut-parleur.

L’électronique étudie le courant électrique dans le vide, les gaz ou les semi-conducteurs. · L’impédance mesure l’opposition d’un circuit au passage d’un courant alternatif. · Un système audio comprend notamment un microphone, un amplificateur et un haut-parleur. · L’électronique contribue à créer et former des signaux électriques et des supports d’information.

Explication

L’électronique étudie le courant dans les milieux cités et participe à la création de signaux et de supports d’information. Le système audio mentionné associe microphone, amplificateur et haut-parleur ; l’impédance caractérise l’opposition au courant alternatif. L’oscilloscope ne remplace pas l’amplificateur dans la composition donnée.

2. Pour choisir les étages d’un équipement audio, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La bande passante audio citée s’étend de 20 Hz à 20 kHz.
Le préamplificateur peut assurer des corrections par filtres en plus du gain.
L’amplificateur de puissance se caractérise par un gain élevé et une forte impédance d’entrée.
L’amplificateur de puissance présente une faible impédance de sortie et un gain élevé.
Un étage favorable présente une impédance de sortie très inférieure à celle du haut-parleur.

La bande passante audio citée s’étend de 20 Hz à 20 kHz. · Le préamplificateur peut assurer des corrections par filtres en plus du gain. · Un étage favorable présente une impédance de sortie très inférieure à celle du haut-parleur.

Explication

L’adaptation favorable exige une impédance de sortie très inférieure à celle du haut-parleur, et le préamplificateur peut intégrer des filtres de correction. L’exemple de bande passante audio va de 20 Hz à 20 kHz. Une sortie très supérieure est inadaptée, tandis que l’amplificateur de puissance est décrit par une faible impédance de sortie et un gain unitaire, et non élevé.

3. Pour transmettre sans fil un signal audio de basse fréquence, quelles propositions décrivent correctement la modulation et les antennes ?

La modulation déplace le signal audio vers les basses fréquences pour faciliter sa transmission radio.
La modulation déplace le signal audio vers les hautes fréquences pour faciliter sa transmission radio.
À 1 kHz, la dimension d’antenne indiquée est d’environ 75 km.
En modulation d’amplitude, le signal décalé est multiplié par une porteuse de basse fréquence.
En modulation d’amplitude, le signal décalé est multiplié par une porteuse haute fréquence.

La modulation déplace le signal audio vers les hautes fréquences pour faciliter sa transmission radio. · À 1 kHz, la dimension d’antenne indiquée est d’environ 75 km. · En modulation d’amplitude, le signal décalé est multiplié par une porteuse haute fréquence.

Explication

La modulation transporte le signal audio vers les hautes fréquences, ce qui permet la transmission radio et le partage du milieu. La dimension d’antenne donnée à 1 kHz est d’environ 75 km. La modulation d’amplitude multiplie le signal décalé par une porteuse haute fréquence ; les deux autres propositions inversent ces caractéristiques.

4. Une station émet dans la bande de radiodiffusion FM : quelles propositions sont exactes ?

La modulation FM est moins complexe à réaliser que la modulation AM.
La modulation FM fait varier la fréquence de la porteuse selon le signal modulant.
La bande FM indiquée s’étend de 88 à 108 MHz.
La modulation AM est simple à réaliser, mais sensible aux parasites et aux bruits.
La modulation FM occupe moins de spectre que la modulation AM.

La modulation FM fait varier la fréquence de la porteuse selon le signal modulant. · La bande FM indiquée s’étend de 88 à 108 MHz. · La modulation AM est simple à réaliser, mais sensible aux parasites et aux bruits.

Explication

La bande FM indiquée est de 88 à 108 MHz, et la modulation FM fait varier la fréquence de la porteuse selon le signal modulant. La modulation AM est simple mais sensible aux parasites et aux bruits. La modulation FM occupe davantage de spectre que l’AM, et sa circuiterie est plus complexe.

5. Un circuit doit alimenter une porte logique de 3,3 V à partir d’une pile d’environ 9 V. Concernant le pont diviseur résistif envisagé :

Les commutations de la porte entraînent des impulsions de courant de plusieurs dizaines de milliampères.
Les circuits électroniques sont alimentés par des sources continues pouvant fournir des tensions différentes.
Le courant moyen de la porte reste indépendant de son activité de commutation.
Une sortie réglée à 3,3 V à vide reste stable lorsque la charge consomme un courant variable.
À vide, le pont peut fournir 3,3 V, mais sa sortie varie avec le courant demandé par la charge.

Les commutations de la porte entraînent des impulsions de courant de plusieurs dizaines de milliampères. · Les circuits électroniques sont alimentés par des sources continues pouvant fournir des tensions différentes. · À vide, le pont peut fournir 3,3 V, mais sa sortie varie avec le courant demandé par la charge.

Explication

À vide, un pont alimenté par environ 9 V peut donner 3,3 V, mais le courant variable de la charge fait varier sa tension de sortie. Les circuits tirent leur énergie de sources continues de tensions diverses, et les commutations provoquent des impulsions de plusieurs dizaines de milliampères. La tension n’est donc pas stable sous charge variable, et le courant moyen dépend de l’activité de la porte.

6. Pour une porte logique alimentée par un pont diviseur, le courant de charge vaut i(t)i(t). Cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Une capacité de découplage atténue les discontinuités de tension liées aux appels de courant.
Choisir des résistances plus faibles s’accompagne d’une dissipation thermique accrue.
Après découplage, la tension moyenne demeure sous 3,3 V et dépend de l’activité logique.
La tension instantanée s’écrit Valim(t)=3.3 V−(R1∥R2)i(t)V_{alim}(t)=3.3\,\mathrm{V}-(R_1\parallel R_2)i(t).
Réduire les deux résistances diminue la chute de tension provoquée par le courant de charge.

Une capacité de découplage atténue les discontinuités de tension liées aux appels de courant. · Choisir des résistances plus faibles s’accompagne d’une dissipation thermique accrue. · Après découplage, la tension moyenne demeure sous 3,3 V et dépend de l’activité logique. · La tension instantanée s’écrit $$V_{alim}(t)=3.3\,\mathrm{V}-(R_1\parallel R_2)i(t)$$. · Réduire les deux résistances diminue la chute de tension provoquée par le courant de charge.

Explication

La relation de Thévenin donne la tension d’alimentation en retranchant la chute (R1∥R2)i(t)(R_1\parallel R_2)i(t) à 3,3 V. Des résistances plus faibles limitent cette chute, mais dissipent davantage de chaleur; le condensateur réduit les discontinuités sans supprimer la baisse moyenne, qui dépend de l’activité de la porte.

7. Un circuit fonctionne à basse fréquence et ses dimensions sont négligeables devant sa longueur d’onde. Quelles sont les réponses exactes au sujet de sa représentation ?

Un modèle à constantes localisées convient lorsque les dimensions sont très petites devant la longueur d’onde.
Le signal en chaque point comprend les grandeurs EE et HH, sans inclure II ni VV.
Un modèle à constantes réparties s’impose lorsque les dimensions du circuit sont très petites devant la longueur d’onde.
En électronique basse fréquence, l’analyse porte principalement sur le courant et la tension.
La longueur d’onde se calcule par λ=fc\lambda=\frac{f}{c}.

Un modèle à constantes localisées convient lorsque les dimensions sont très petites devant la longueur d’onde. · En électronique basse fréquence, l’analyse porte principalement sur le courant et la tension.

Explication

Lorsque les dimensions sont très petites devant la longueur d’onde, le modèle à constantes localisées s’applique; en basse fréquence, on considère surtout le courant et la tension. Le signal comprend aussi II et VV avec EE et HH, et la relation correcte est λ=cf\lambda=\frac{c}{f}. Les constantes réparties sont nécessaires lorsque les dimensions ne sont pas petites devant la longueur d’onde.

8. Dans un circuit modélisé à constantes localisées, quelles propositions décrivent correctement les grandeurs et les propriétés de ses éléments ?

Le courant garde la même valeur en tout point d’une branche série.
Un fil sans impédance présente une différence de potentiel entre ses extrémités.
À 10 MHz, la longueur d’onde vaut 30 cm, tandis qu’à 1 GHz, elle vaut 30 m.
À 10 MHz, la longueur d’onde vaut 30 m, tandis qu’à 1 GHz, elle vaut 30 cm.
Un fil sans impédance relie des points de même potentiel dans le modèle localisé.

Le courant garde la même valeur en tout point d’une branche série. · À 10 MHz, la longueur d’onde vaut 30 m, tandis qu’à 1 GHz, elle vaut 30 cm. · Un fil sans impédance relie des points de même potentiel dans le modèle localisé.

Explication

Les longueurs d’onde données sont de 30 m à 10 MHz et de 30 cm à 1 GHz. Dans le modèle localisé, un fil sans impédance est équipotentiel, et le courant est identique en tout point d’une branche série; les deux autres affirmations inversent ces propriétés ou ces valeurs.

9. Un bruit est enregistré, tandis qu’un autre signal se répète identiquement toutes les 4 ms. Parmi les propositions suivantes, lesquelles sont exactes ?

La fréquence du signal répété correspond au nombre de motifs reproduits chaque seconde.
Le bruit enregistré est déterministe dès lors qu’il peut être représenté après acquisition.
Le bruit enregistré relève d’un signal connu a posteriori après son enregistrement.
Pour le signal répété, la fréquence désigne la durée d’un motif élémentaire.
Le signal répété à intervalles réguliers est périodique et possède une période de 4 ms.

La fréquence du signal répété correspond au nombre de motifs reproduits chaque seconde. · Le bruit enregistré relève d’un signal connu a posteriori après son enregistrement. · Le signal répété à intervalles réguliers est périodique et possède une période de 4 ms.

Explication

Un signal aléatoire, comme un bruit, n’est connu qu’a posteriori, alors qu’une répétition identique toutes les 4 ms définit un signal périodique de période 4 ms. La fréquence compte les répétitions par seconde ; la durée du motif est la période, et l’enregistrement ne rend pas le bruit déterministe a priori.

10. Pour représenter en fréquence un signal périodique, cochez les propositions exactes :

La représentation de Fourier d’un signal périodique comporte un nombre fini de sinusoïdes.
Dans la série, VkV_k désigne la phase de l’harmonique de rang kk.
La série de Fourier décompose le signal périodique en une somme infinie de sinusoïdes.
La pulsation fondamentale vérifie ω=2πf=T2π\omega=2\pi f=\frac{T}{2\pi}.
Dans la décomposition, V0V_0 représente la composante continue du signal.

La série de Fourier décompose le signal périodique en une somme infinie de sinusoïdes. · Dans la décomposition, $$V_0$$ représente la composante continue du signal.

Explication

La série de Fourier représente un signal périodique par une somme infinie de fonctions sinusoïdales, et V0V_0 est sa composante continue. VkV_k est l’amplitude de l’harmonique de rang kk, tandis que la pulsation fondamentale vaut ω=2πf=2π/T\omega=2\pi f=2\pi/T.

11. Un dipôle reçoit une tension v(t)v(t) et un courant i(t)i(t) pendant un intervalle allant de t0t_0 à t1t_1. Cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

L’énergie dissipée sur l’intervalle se calcule par Et0→t1=∫t0t1p(t) dtE_{t_0\to t_1}=\int_{t_0}^{t_1}p(t)\,dt.
L’énergie dissipée sur l’intervalle s’obtient en intégrant le courant au cours du temps.
La puissance moyenne sur l’intervalle s’écrit Pt0→t1=Et0→t1t1P_{t_0\to t_1}=\frac{E_{t_0\to t_1}}{t_1}.
La puissance moyenne sur l’intervalle s’obtient en multipliant l’énergie par sa durée.
La puissance instantanée cédée au dipôle s’écrit p(t)=v(t)i(t)p(t)=v(t)i(t).

L’énergie dissipée sur l’intervalle se calcule par $$E_{t_0\to t_1}=\int_{t_0}^{t_1}p(t)\,dt$$. · La puissance instantanée cédée au dipôle s’écrit $$p(t)=v(t)i(t)$$.

Explication

L’énergie dissipée est l’intégrale de la puissance instantanée entre les deux instants. La puissance instantanée cédée au dipôle est le produit de la tension par le courant. La puissance moyenne sur l’intervalle est l’énergie divisée par la durée, et non l’énergie multipliée par cette durée. Intégrer le courant seul ne donne pas l’énergie dissipée.

12. On étudie la puissance instantanée d’un signal périodique puis celle d’un signal non périodique. Parmi les propositions suivantes, lesquelles sont exactes ?

Pour le signal périodique, la puissance moyenne doit être calculée sur une période commençant à l’origine du temps.
Pour le signal non périodique, la limite utilise l’intégrale de p(t)p(t) de 00 à TT divisée par TT.
Pour le signal périodique, la puissance moyenne peut être calculée sur n’importe quelle période.
Pour le signal non périodique, la puissance moyenne s’obtient par une limite sur une durée finie fixe.
Pour le signal non périodique, la puissance moyenne se définit par une moyenne prise sur une durée tendant vers l’infini.

Pour le signal périodique, la puissance moyenne peut être calculée sur n’importe quelle période. · Pour le signal non périodique, la puissance moyenne se définit par une moyenne prise sur une durée tendant vers l’infini.

Explication

La moyenne d’une puissance périodique est identique sur n’importe quelle période. Pour un signal non périodique, elle est définie par la limite de 12T∫−TTp(t) dt\frac{1}{2T}\int_{-T}^{T}p(t)\,dt lorsque TT tend vers l’infini, et non par une moyenne sur une durée fixe ou un intervalle unilatéral.

13. Parmi les propositions suivantes concernant les rapports de puissance et de tension exprimés en décibels, laquelle(s) est(sont) exacte(s) ?

À résistance identique, un rapport de tensions sinusoïdales se convertit avec un facteur 20log⁡1020\log_{10}.
Un rapport de puissances de 0,0010{,}001 correspond à un niveau de −30 dB-30\,\mathrm{dB}.
À résistances identiques, le rapport de puissance en décibels vaut 10log⁡10(V0/V1)10\log_{10}(V_0/V_1).
Un rapport de puissances de 10001000 correspond à un niveau de 30 dB30\,\mathrm{dB}.
Le décibel exprime à la base un rapport de deux tensions selon 10log⁡1010\log_{10}.

À résistance identique, un rapport de tensions sinusoïdales se convertit avec un facteur $$20\log_{10}$$. · Un rapport de puissances de $$0{,}001$$ correspond à un niveau de $$-30\,\mathrm{dB}$$. · Un rapport de puissances de $$1000$$ correspond à un niveau de $$30\,\mathrm{dB}$$.

Explication

Le rapport de puissance s’exprime par 10log⁡10(P0/P1)10\log_{10}(P_0/P_1) : les rapports 10001000 et 0,0010{,}001 donnent respectivement 30 dB30\,\mathrm{dB} et −30 dB-30\,\mathrm{dB}. À résistance identique, la puissance étant proportionnelle au carré de la tension, la formule en tension comporte le facteur 2020; le décibel porte à la base sur un rapport de puissances.

14. Un appareil mesure une puissance de 1 mW1\,\mathrm{mW}. Quelles propositions exactes décrivent son niveau référencé au watt ou au milliwatt ?

Le niveau de 30 dBm30\,\mathrm{dBm} correspond à une puissance de 1 W1\,\mathrm{W}.
Le niveau référencé au milliwatt vaut 0 dBm0\,\mathrm{dBm} pour cette puissance.
Le niveau de −90 dBm-90\,\mathrm{dBm} correspond à une puissance de 1 nW1\,\mathrm{nW}.
Le niveau référencé au watt vaut 0 dBW0\,\mathrm{dBW} pour cette puissance.
Le niveau référencé au milliwatt se calcule par 10log⁡10(P/1 W)10\log_{10}(P/1\,\mathrm{W}).

Le niveau de $$30\,\mathrm{dBm}$$ correspond à une puissance de $$1\,\mathrm{W}$$. · Le niveau référencé au milliwatt vaut $$0\,\mathrm{dBm}$$ pour cette puissance.

Explication

Par définition, PdBm=10log⁡10(P/1 mW)P_{\mathrm{dBm}}=10\log_{10}(P/1\,\mathrm{mW}) : pour 1 mW1\,\mathrm{mW}, le niveau est 0 dBm0\,\mathrm{dBm}. Le repère fourni associe 30 dBm30\,\mathrm{dBm} à 1 W1\,\mathrm{W}; 0 dBW0\,\mathrm{dBW} correspond à 1 W1\,\mathrm{W}, tandis que −90 dBm-90\,\mathrm{dBm} vaut 1 pW1\,\mathrm{pW} et la formule en dBm utilise le milliwatt comme référence.

15. À la sortie d’un circuit, la composante continue V0V_0 et une harmonique de rang k=2k=2 sont présentes. Concernant la distorsion :

La composante continue V0V_0 est la composante à supprimer par filtrage passe-bas pour évaluer la distorsion.
Un filtrage passe-haut peut éliminer la composante continue V0V_0, considérée comme non gênante pour cette analyse.
La présence d’une harmonique de rang 22 caractérise un circuit linéaire lorsque V0V_0 est éliminée.
La seule présence de la composante continue V0V_0 suffit à établir la distorsion harmonique du circuit.
La présence de l’harmonique de rang 22 implique une sortie distordue et un circuit non linéaire.

Un filtrage passe-haut peut éliminer la composante continue $$V_0$$, considérée comme non gênante pour cette analyse. · La présence de l’harmonique de rang $$2$$ implique une sortie distordue et un circuit non linéaire.

Explication

Une harmonique de rang supérieur à 11 rend la sortie distordue et caractérise le circuit comme non linéaire. La composante continue V0V_0 peut être éliminée par un filtrage passe-haut et n’est pas considérée comme gênante; elle ne suffit pas à établir une distorsion, et un passe-bas n’est pas le filtre indiqué.

16. Un signal périodique comporte une composante continue et plusieurs harmoniques. Concernant son THD en puissance, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Le rapport compare la puissance harmonique à celle du seul fondamental du signal.
Le numérateur additionne les carrés des tensions efficaces des harmoniques de rang supérieur à un.
Le dénominateur inclut la composante continue et les harmoniques de rang supérieur à un.
Le numérateur inclut le fondamental, tandis que le dénominateur exclut les harmoniques.
Un rapport de tensions efficaces s’exprime en décibels avec le facteur dix devant le logarithme.

Le numérateur additionne les carrés des tensions efficaces des harmoniques de rang supérieur à un.

Explication

Le THD en puissance rapporte la somme des carrés des tensions harmoniques de rang supérieur à un à celle des composantes de rang au moins un, sans composante continue. Le dénominateur n’inclut donc pas la composante continue et ne se réduit pas au fondamental ; pour un rapport de tensions, le facteur en décibels est vingt.

17. Concernant les dipôles et leurs conventions de référence, quelles sont les propositions exactes ?

La convention récepteur décrit les sens de référence sans fixer la fonction physique.
La caractéristique courant-tension représente un dipôle linéaire ou non linéaire.
Un dipôle décrit en convention générateur fournit nécessairement de l’énergie au circuit.
Un dipôle est un composant électrique muni de deux bornes de connexion.
La convention générateur fixe des sens de référence pour la tension et le courant.

La convention récepteur décrit les sens de référence sans fixer la fonction physique. · La caractéristique courant-tension représente un dipôle linéaire ou non linéaire. · Un dipôle est un composant électrique muni de deux bornes de connexion. · La convention générateur fixe des sens de référence pour la tension et le courant.

Explication

Un dipôle possède deux bornes, et sa caractéristique courant-tension peut représenter un comportement linéaire ou non linéaire. Les conventions générateur et récepteur fixent les sens de référence des grandeurs, mais ne déterminent pas si le dipôle fournit réellement de l’énergie.

18. En convention récepteur, un condensateur de capacité CC reçoit une tension sinusoïdale de pulsation ω\omega. Parmi les propositions suivantes concernant les dipôles linéaires passifs, laquelle(s) est(sont) exacte(s) ?

En régime sinusoïdal, son courant vérifie i=jωCvi=j\omega Cv.
En régime sinusoïdal, son courant vérifie i=jωCvi=\frac{j\omega}{C}v.
La relation temporelle du condensateur est v=Cdidtv=C\frac{di}{dt}.
Pour une résistance pure, la relation en convention récepteur est v=Riv=Ri.
Sa caractéristique courant-tension est linéaire et passe par l’origine.

En régime sinusoïdal, son courant vérifie $$i=j\omega Cv$$. · Pour une résistance pure, la relation en convention récepteur est $$v=Ri$$. · Sa caractéristique courant-tension est linéaire et passe par l’origine.

Explication

Un dipôle linéaire passif a une caractéristique courant-tension linéaire passant par l’origine. En convention récepteur, le condensateur vérifie i=Cdvdti=C\frac{dv}{dt}, donc i=jωCvi=j\omega Cv en régime sinusoïdal, tandis que la résistance vérifie v=Riv=Ri ; les deux relations proposées pour le condensateur inversent ou modifient sa loi.

19. Concernant le point de fonctionnement d’un circuit :

Une diode à semi-conducteurs est idéalisée par un seuil d’environ 0,8 V dans le modèle à segments.
Un point de fonctionnement statique implique que les caractéristiques des dipôles évoluent au cours du temps.
Il correspond à l’intersection des caractéristiques des dipôles associés, dont au moins un est actif.
Dans la zone de tension constante d’une source, son courant reste approximativement constant.
Le point de fonctionnement se définit par l’intersection des caractéristiques de deux dipôles passifs.

Il correspond à l’intersection des caractéristiques des dipôles associés, dont au moins un est actif.

Explication

Le point de fonctionnement est bien l’intersection des caractéristiques des dipôles associés, avec au moins un dipôle actif. Le modèle à segments de la diode utilise un seuil d’environ 0,6 V; dans la zone de tension constante, c’est la tension qui reste approximativement constante; enfin, un point statique correspond à des caractéristiques qui ne varient pas dans le temps.

20. Dans un circuit incrémental, une source de variation de tension ee alimente une résistance dynamique RdynR_{\mathrm{dyn}} en série avec une résistance de générateur RgR_g. Quelles propositions décrivent la variation du courant ?

La résistance dynamique intervient au numérateur avec la tension ee.
La variation de courant est obtenue en divisant ee par la somme des deux résistances.
Une augmentation de l’une des résistances réduit la variation de courant, à ee constant.
La résistance du générateur se soustrait à la résistance dynamique au dénominateur.
La variation de courant est obtenue en divisant ee par leur différence.

La variation de courant est obtenue en divisant $$e$$ par la somme des deux résistances. · Une augmentation de l’une des résistances réduit la variation de courant, à $$e$$ constant.

Explication

La relation est ΔI=eRdyn+Rg\Delta I=\frac{e}{R_{\mathrm{dyn}}+R_g} : le courant dépend de la somme des résistances et diminue si l’une augmente à tension constante. Leur différence, ou le placement d’une résistance au numérateur, ne correspond pas à cette relation.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 93 flashcards sur Signaux et dipôles électriques.

Que crée et forme notamment l’électronique en utilisant le courant électrique ?

Des signaux électriques et des supports d’information.

Comment l’impédance de sortie d’un amplificateur audio se compare-t-elle à celle du haut-parleur ?

Elle est très inférieure à celle du haut-parleur.

Quelle impédance d’entrée caractérise le préamplificateur ?

Une forte impédance d’entrée.

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Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Signaux et dipôles électriques.

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