T.P. – Tension continue et tension variable

Étude de l’oscilloscope

Matériel nécessaire :

Un oscilloscope, un GBF, une alimentation ajustable continue, un multimètre, un conducteur ohmique de résistance R = 2000 ?.

A / Visualisation et mesure d’une tension continue à l’oscilloscope

1 / Montage

Réaliser le montage ci-dessous :

2 / Bornes de l’oscilloscope

Réglages :

Placer le bouton de sensibilité verticale de l’oscilloscope sur : 1V/div.

Régler la tension U_PN = 3V aux bornes de l’alimentation ajustable à l’aide d’un multimètre utilisé en voltmètre.

Branchement 1 :

Relier le point A du circuit à l’entrée X (borne rouge) de l’oscilloscope et le point B du circuit à la borne M (borne noire) de l’oscilloscope.

1 ) Indiquer la dérivation subit par le signal et préciser le calibre. Déterminer alors la valeur de la tension U_XM appliquée à l’oscilloscope.

2 ) Comparer U_PN (tension aux bornes du générateur) et U_XM (tension mesurée à l’oscilloscope) lorsque l’interrupteur K est fermé.

Branchement 2 :

On inverse les bornes de connexion à l’oscilloscope : relier le point A du circuit à l’entrée M (borne noire) de l’oscilloscope et le point B du circuit à la borne X (borne rouge) de l’oscilloscope.

3 ) Déterminer la valeur de la tension U_XM appliquée à l’oscilloscope.

4 ) Comparer de nouveau U_PN et U_XM lorsque l’interrupteur K est fermé.

5 ) Conclure.

3 / Relation entre k et y

Mesures :         remettre les bornes de l’oscilloscope correctement

Placer le bouton de sensibilité verticale de l’oscilloscope sur 1 V/div.

Régler la tension U_PN aux bornes de l’alimentation ajustable à l’aide d’un multimètre utilisé en voltmètre.

6 ) Compléter alors le tableau ci-dessous.

7 ) Que peut-on dire des grandeurs U_AB et y pour une même sensibilité k ? En déduire une relation simple.

4 / Calibre

Mesures :         remettre l’oscilloscope sur la masse avant d’effectuer les mesures

Régler la tension U_PN = 6V aux bornes de l’alimentation ajustable à l’aide d’un multimètre utilisé en voltmètre.

Placer le bouton de sensibilité verticale k sur la position correspondant à la valeur maximale du coefficient.

8 ) Diminuer alors progressivement la valeur de k et compléter le tableau ci-dessous.

9 ) Quelles sont les remarques que l’on peut faire ? En déduire la valeur de la sensibilité verticale k la mieux adaptée à la mesure.

10 ) Indique le mode opératoire permettant de mesurer une tension à l’oscilloscope.

B / Visualisation d’une tension sinusoïdale à l’oscilloscope

1 / Réglages

Effectuer les réglages nécessaires afin d’obtenir une ligne lumineuse au centre de l’écran.

On règle ensuite le GBF (générateur basse fréquence) :

Allumer le GBF, puis régler la fréquence sur 1000 Hz (valeur approchant le plus possible). Placer ensuite tous les sélecteurs d’amplitude sur la valeur minimales (à fond à gauche) et le bouton de réglage de l’amplitude du signal au milieu. Et enfin, sélectionner le signal sinusoïdale sur le GBF.

2 / Montage

Réaliser le montage ci-dessous :

Régler alors l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

11 ) Que représente la courbe obtenue ? Qualifier cette tension.

3 / Mesures de la période et de la fréquence

Repérer sur l’axe horizontal les deux points délimitant une période. Mesurer cette distance x séparant ces deux points à l’aide de la graduation.

12 ) Déterminer la valeur de la période à l’aide de l’oscillogramme.

13 ) En déduire alors la valeur de la fréquence.

14 ) Modifier la valeur de la sensibilité de la durée de balayage. La période et la fréquence ont-elles changé ? Justifier votre réponse.

15 ) Modifier la valeur de l’amplitude délivrée par le GBF. La période et la fréquence ont-elles changé ?

Remettre le sélecteur d’amplitude à sa position initiale.

4 / Mesures des tensions

16 ) Déterminer la valeur de la tension de crête à crête U_CC.

17 ) En déduire la valeur de l’amplitude U_M ou la valeur maximale de la tension U_MAX sachant que U_MAX est égale à la moitié de U_CC.

18 ) Ajouter un voltmètre (positionné sur variable) aux bornes du conducteur ohmique afin de mesurer la valeur efficace U_eff de la tension. Noter votre résultat.

19 ) Comparer U_MAX et U_eff , et calculer le rapport U_MAX / U_eff. Conclure.

C / Tension sinusoïdale bis

Effectuer les réglages nécessaires afin d’obtenir une ligne lumineuse au centre de l’écran.

On règle ensuite le GBF (générateur basse fréquence) :

Allumer le GBF, puis régler la fréquence sur 500 Hz (valeur approchant le plus possible). Effectuer les mêmes réglages que précédemment.

Réaliser alors le même montage qu’au C/ et régler alors l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

20 ) Déterminer alors la période, la fréquence, la tension maximale, et la tension efficace (avec le voltmètre aux bornes de la résistance).

Recommencer alors pour les fréquences du GBF suivantes : 200 Hz, 3000 HZ, etc …Vous indiquerez vos résultats dans le tableau ci-dessous.

21 ) Indiquer alors la relation liant la tension maximale avec la tension efficace pour un signal sinusoïdale.

22 ) Indiquer la relation liant la fréquence et la période.

D / Tension triangulaire

Effectuer les réglages nécessaires afin d’obtenir une ligne lumineuse au centre de l’écran.

On règle ensuite le GBF (générateur basse fréquence) :

Allumer le GBF, puis régler la fréquence sur 1500 Hz. Effectuer les mêmes réglages que précédemment, et enfin, sélectionner le signal triangulaire sur le GBF (à la place du signal sinusoïdale).

Réaliser alors le même montage qu’au C/ et régler alors l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

23 ) Déterminer alors la période, la fréquence, la tension maximale, et la tension efficace.

24 ) Les relations trouvées aux questions 21) et 22) sont-elles encore applicable (justifier votre réponse).