TPC Instrumentation électrique

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1 TPC Insrumenaion élecrique Objecifs : se familiariser avec le maériel disponible, en pariculier l oscilloscope. I Masse des appareils e erre du seceur I.1 Masse, erre e fils La majorié des appareils uilisés (volmère, généraeur, oscilloscope) possèden une borne appelée masse représenée par le symbole. Ces masses son reliées à la prise de erre ( ) lorsque la prise de l appareil en compore une (e son donc oues reliées enre elles par l inermédiaire de la prise de erre). Il faudra y faire aenion dans les monages! Cee liaison masse/erre es obligaoire pour les appareils à coffre méallique. Ce n es pas le cas des appareils présenan une double isolaion qui on pour symbole : NB : On uilisera oujours des fils noirs pour reconnaîre les fils relié à une masse. I.2 Commen racer la caracérisique i = i(u) d un dipôle à l oscilloscope? Ex : on chercher à visualiser à l oscilloscope la caracérisique inensié-ension d un dipôle D. Pour pouvoir observer à la fois u R = Ri (afin d observer une grandeur proporionnelle à i) e u = u D (ension aux bornes du dipôle) en même emps, il fau placer la «masse»de l oscilloscope (borne commune aux voies 1 e 2) enre la résisance R e le dipôle D. Or la masse d un oscilloscope es une masse «carcasse», donc reliée à la erre. Ce qui es le cas égalemen de la masse de la plupar des GBF! Si on ne fai pas aenion on risque donc de cour-circuier la résisance (ou le dipôle)! Pour que le monage foncionne, il fau donc : soi uiliser un GBF sans prise de erre encore appelé : généraeur à «masse floane» Cf. ci-conre. soi uiliser un ransformaeur d isolemen (ci-conre) Aenion : Pour visualiser i par l inermédiaire de u R = R.i (e non pas i) sur la Voie 2 il suffi d inverser la Voie 2 de l oscilloscope; sinon, la caracérisique es à l envers! II Le mulimère i Voie 1 X(CH)=u e GBF D u e GBF D R R i i xxxxxx xxxxxx xxxxxx Voie 2 xxxxxx Voie 2 Y(CH)=-R.i=0 (!!) Y(CH)=-R.i e xxxxx xxxxx GBF Voie 2 Y(CH)= R.i i R i R.i i D xxxxxx u Voie 1 X(CH)=u Voie 1 X(CH)=u u Masse de l'oscilloscope C es un appareil qui, selon la posiion d un commuaeur, peu jouer le rôle d un volmère, d un ampèremère ou d un ohmmère. On éudie ici les foncions volmère e ampèremère. Quesion : Commen place--on un volmère dans un circui (en série ou en dérivaion)? E un ampèremère?

2 TPC Insrumenaion II. Le mulimère II.1 Impédance d enrée Le fai d insérer le volmère ou l ampèremère perurbe le monage. On peu le modéliser par son impédance d enrée. a Volmère Le volmère a une rès grande impédance d enrée qu on pourra considérer comme infinie dans la plupar des cas, elle dépend rès peu du calibre. On a Z e = 10 MΩ Rq : La masse du volmère es floane. On peu donc mesurer la différence de poeniel enre n impore quel poin du circui sans ce soucier du problème de masse. b Ampèremère L impédance d enrée es donnée par la chue de ension aux bornes à pleine échelle (environ 0,6 V). La résisance dépend donc du calibre. Exemples pour deux calibres différens : gamme chue de ension impédance d enrée 0,6 400 μa 0,6 V R e = = 1500 Ω ma 0,6 V R e = 0,6 = 15 Ω On peu reenir que pour des faibles inensiés, l impédance d enrée d un ampèremère es grande. II.2 Uilisaion du mulimère a En régime coninu (DC) Il n exise qu un mode de foncionnemen pour chaque foncion (volmère ou ampèremère). On effecue ici uniquemen une mesure de ension coninue (aux bornes d une pile). Manipulaion : Choisir le mode DC. Appuyer sur la ouche AUTO/MAN pour choisir le calibre manuel 1. Choisir le calibre le plus élevé. Les deux bornes de connexion son V e COM : relier le généraeur au volmère en faisan aenion aux branchemens. Diminuer le calibre jusqu au calibre le plus pei afin d avoir une meilleure précision. Appuyer sur la ouche AUTO/MAN pour sélecionner le calibre auomaique. Inverser les bornes de la pile. Exemple : Le volmère indique L = 398,4 mv avec le calibre 400 mv. Q : Commen déerminer l inceriude ΔU sur la mesure? Rép : la noice (Cf. p. XX) du mulimère indique que, pour le calibre 400 mv, l inceriude absolue es : ΔU = 0,7%.L+2.UR où L es la lecure donnée par l appareil e UR représene une unié du chiffre de poids le plus faible ici : 1 UR = 000,1 mv. On a donc ΔU = 398,4 0,7 +2 0,1 = 2,8+0,2 = 3,0 mv ; d où U = 398,4±3,0 mv. 100 Quelques précisions pour la mesure de courans (Cf. Manip. III.1.2, réglage de l alimenaion sabilisée) : Relier le cordon noir à la borne COM e le cordon rouge soi à la borne ma pour mesurer des courans < 4 A, soi à la borne 10 A pour mesurer des courans jusqu à 10 A. Choisir le calibre le plus élevé possible. Ne relier le mulimère en série dans le circui qu au dernier momen e mere en service le circui à mesurer. Ne pas changer de calibre en cours de mesure, couper d abord l alimenaion. 1. Le mode «calibre auomaique»es auomaiquemen mlis en service à l allumage de l appareil 2 hp ://aelierprepa.over-blog.com/ Qadri J.-Ph. PTSI

3 II. Le mulimère Insrumenaion TPC b En régime variable α) Valeur moyenne e valeur efficace d un signale périodique Définiion : Soi s() un signal périodique de période T. Sa valeur moyenne <s> es : <s>= 1 T 0 +T 0 s()d Sa valeur (moyenne) efficace S eff es : S eff = <s 2 > = 1 0 +T s 2 ()d T 0 Rq : Dans le cas du mulimère, ()s désigne soi une ension soi une inensié. Q : Calculer les valeurs moyenne e efficace lorsque : (1) u() es un signal coninu : u() = U m (2)u() es un signal sinusoïdal {: u() = U m cos(ω+φ) u() = Um pour ] 0, T 2[ (3)u()esunsignalcréneau: u() = U m pour ] T 2,T[ U m u 0 T T 2 -U m Rép : (1) <u>= U eff = Um; (2) <u>= 0; U eff = Um 2 ; (3) <u>= 0; U eff = Um. β) Foncions DC e AC Le mulimère donne des indicaions correces uniquemen pour des fréquences comprises dans la bande passane de l appareil : [40 Hz, 1 khz]. Ce appareil es donc desiné à la mesure de signaux de fréquence faible. Pour des signaux de fréquence élevée, on uilisera un oscilloscope. Le mode DC mesure la valeur moyenne du signal (cee valeur moyenne s idenifie bien avec la valeur d un signal coninu). Le mode AC mesure des grandeurs différenes selon les appareils : - des mulimères mesuren la valeur efficace du signal ou valeur efficace TRMS (True Roo Mean Square). Cee mesure, quand elle es possible, s effecue en mode AC + DC. Les appareils qui permeen cee mesure son qualifiés d appareils TRMS. - des mulimères mesuren la valeur efficace de la parie variable du signal aussi appelée valeur efficace RMS (Roo Mean Square). Cee valeur correspond à <(s <s>) 2 >. Cee mesure, quand elle es possible, s effecue en mode AC seul. - des mulimères (les plus basiques, mais aussi les moins chers) ne mesuren la valeur efficace dans le seul cas d un signal rigoureusemen sinusoïdal. Pour s() = S m cos(ω+φ), ils renvoien la valeur S eff = Sm 2. Pour des signaux quelconques, la valeur affichée ne correspond pas à la valeur efficace. Le mulimère MX40 n es pas un mulimère RMS, il donnera donc des indicaions erronées de valeur efficace pour des signaux non sinusoïdaux. En TP, on uilisera donc le MX40 pour mesurer des valeurs efficaces de signaux sinusoïdaux de fréquence ne dépassan 1 khz, sinon on uilisera évidemmen un oscilloscope. Manipulaion : Brancher la sorie du GBF sur l oscilloscope, un volmère TRMS, un volmère RMS e un volmère non-rms. Comparer les résulas donnés par le GBF, le volmère TRMS, le volmère RMS e le volmère non-rms pour des signaux sinusoïdaux e riangulaires. Qadri J.-Ph. PTSI hp ://aelierprepa.over-blog.com/ 3

4 TPC Insrumenaion III. Généraeurs de couran e de ension III Généraeurs de couran e de ension III.1 Alimenaion sabilisée a Présenaion La face avan a un bouon ension V gradué de 0 à 30 V e un bouon inensié A gradué de 0 à 12 A. V I C es un dipôle polarisé: ses bornes son disinguées par les signes + + e. Il peu foncionner en : - généraeur de ension : la ension U 0 es consane sur une power V I ceraine plage d inensié (généraeur parfai : f.é.m) -généraeur de couran(l inensiéi 0 esconsanesuruneceraineplagedeension(généraeur parfai : c.é.m). Cl : Il fau donc avan ou régler U 0 e I 0. b Réglages préliminaires Le réglage de U 0 e de I 0 se fai grâce aux bouons de commande V e A. Q : Commen choisir I 0 e U 0? Dans les circuis, on uilise des dipôles qui son limiés en puissance. On doi donc oujours vérifier que la puissance élecrique reçue par le dipôle vérifie P P max, sous peine de déériorer le dipôle de manière irréversible. Cee limiaion de puissance se radui par une limiaion du couran qui le raverse e de la ension à ses bornes. Ex : Pour un conduceur ohmique de résisance R, on a (en convenion récepeur) U max = P = U.I = R.I 2 = U2 R.P max on a donc : Pmax R I max = R Ex : pour le rhéosa {33 Ω; 3,1 A} uilisé dans ce TP : I max = 3,1 A; U max = R.I max = 33 3,1 100 V e P max = R.Imax 2 = 317,1 W Dans la suie de ce TP, on prendra U 0 = 5 V e I 0 = 0,5 A. Réglage de U 0 Tourner le bouon inensié sur la graduaion 1 A environ 2. Mere un volmère en parallèle aux bornes + e. Régler U 0 grâce au bouon ension V jusqu à la valeur voulue : on prendra U 0 = 5 V. NE PLUS TOUCHER À CE BOUTON. Réglage de I 0 Mere un ampèremère à la sorie, enre les bornes + e. Régler I 0 grâce au bouon inensié jusqu à la valeur voulue I 0 < I max : on prendra I 0 = 0,5 A. c Caracérisique couran-ension de l alimenaion Réaliser le monage ci-conre. Aenion à brancher correcemen les différenes bornes enre elles. Parir d une résisance du rhéosa R = 0 Ω puis augmener progressivemen la résisance. Conclusion. Aspec qualiaif : observer la variaion des 2 mulimères. On es amené à disinguer 2 zones. Lesquelles? Aspec quaniaif : mesurer une dizaine de couples (U,I) (5 dans chaque zone) e racer la courbe I = f(u). U 0 I + Alim. Sab. V Rhéosa A 2. Cee valeur n a aucune imporance. Il ne fau cependan pas la mere à 0 sinon la ension rese oujours à 0 V. 4 hp ://aelierprepa.over-blog.com/ Qadri J.-Ph. PTSI

5 III. Généraeurs de couran e de ension Insrumenaion TPC Q : (1) À propos de cee alimenaion, pensez-vous que l on puisse parfois parler de source de ension e parfois de source de couran? (2) Quelle valeur de I 0 doi-on choisir pour avoir un foncionnemen en source de ension le plus large possible? (3) Quelle valeur de U 0 doi-on choisir pour avoir un foncionnemen en source de couran le plus large possible? III.2 Généraeur de foncion (GBF) Définiion : Le G.B.F. peu fournir différenes formes de signaux : sinusoïdal, riangulaire, recangulaire (ou créneaux), coninu avec ou sans signal alernaif. On peu régler la fréquence e l ampliude du signal émis. Il s agi d un généraeur de ension. a Sories du signal α) Sorie principale Elle se fai par la prise BNC (repère [5] marqué «OUTPUT 50 Ω»). On peu modéliser un généraeur de ension par le schéma équivalen de Thévenin. R g es appelée la résisance inerne du généraeur (ou encore résisance de sorie) : c es la résisance vue depuis la sorie du généraeur. On reiendra la valeur R g = 50 Ω. E g R g I GBF Schéma équivalen de Thévenin β) Sorie TTL Elle délivre un signal créneau de niveau logique (uilisé pour alimener des circuis inégrés foncionnan en logique TTL) : la ension vau 0 V ou 5 V seulemen (on associe à ces deux ensions deux niveaux logiques 0 ou 1). On uilisera cee sorie uniquemen quand on aura un besoin pariculier (circuis logiques, synchronisaion de l oscilloscope). b Manipulaions Brancher le GBF sur l oscilloscope e visualiser les différens signaux (repère[3] : recangulaire, riangulaire,sinusoïdal)surlavoiech1.l oscilloscopeesréglécommesui 3 :AUTO,PP-LEVEL, Source : CH1, Coupling : DC, CH1, CH1(X) : DC. Sélecionner un signal de forme recangulaire. Faire varier : - la fréquence : repère [1] pour le choix de la gamme e repère [10] pour régler la fréquence dans un rappor de 0,2 à 2 - e l ampliude : repère [7] LEVEL. Comparer la réponse des 2 voies. Inroduire une composane coninue en iran le bouon [8] (on a alors une indicaion OFFSET sur le LCD). Appuyer sur le repère [3] pour qu aucun des bouons du repère [3] ne soi enfoncé. On doi alors observer un signal coninu. Faire varier l ampliude. Choisir un signal recangulaire puis riangulaire e observer l effe du bouon [9] (il fai varier le rappor cyclique). Même série de manipulaions en envoyan sur la Voie 1 de l oscilloscope le signal TTL (repère [6]) uiliser pour cela un cable BNC-BNC. Conclusion? Rq : Le repère [4] aénue le signal de 20 db (i.e. le divise par 10) à la sorie du généraeur. 3. On verra en déail par la suie l explicaion des différens réglages qui seron à faire sysémaiquemen avan d uiliser l oscilloscope. Qadri J.-Ph. PTSI hp ://aelierprepa.over-blog.com/ 5

6 TPC Insrumenaion IV. L oscilloscope IV L oscilloscope IV.1 Descripion a Principe de foncionnemen On disingue 3 paries principales : le canon à élecrons qui produi, focalise e accélère (cahode e anodes) les élecrons de façon à obenir un faisceau d élecrons homocinéiques. le sysème de déviaion consiué de deux paires de plaques (PDV e PDH) enre lesquelles on éabli des ensions. l écran fluorescen sur lequel l impac des élecrons fai apparaîre une pei âche lumineuse : le spo. Cahode Canon à élecrons anode d'accéléraion anode de focalisaion PDH Plaques de Déviaion Horizonale PDV Plaques de Déviaion Vericale y x Ecran b Face avan de l oscilloscope Un oscilloscope a deux axes : X (horizonal) e Y (verical). Il compore beaucoup de bouons que le consruceur a regroupés en 3 secions vericales, séparées par des lignes coninues : une plage pour la visualisaion de la race (luminosié, focalisaion...) une plage pour la déviaion vericale (2 voies CH1 e CH2) une plage pour le réglage e la synchronisaion de la base de emps. Allumer l oscilloscope Se placer sur la Voie 2; pour ce faire, régler l appareil sur AUTO [18], PP-LEVEL [14], Source : CH2 [24], Coupling : DC [26], CH2 [9]. IV.2 Réglage de la race Le réglage horizonal de la race s effecue sans signal appliqué (généraeur éein). Le bouon de réglage de synchronisaion [18] es sur AUTO (s il es sur le mode non-auto, la race n apparaî pas). Effecuer le réglage de la luminosié : INTENSITY [4] Sur cerains oscilloscopes (pas sur le 8050) : Effecuer le réglage de la race : FOCUS. Rq : Il fau avoir un signal le plus fin possible pour effecuer une mesure correce mais aenion à ne jamais laisser un spo rop lumineux ou rop concenré car il pourrai endommager le revêemen de l écran. La race peu êre déplacée vericalemen ou horizonalemen (grâce à une ension coninue réglable). Effecuer le cadrage de la voie CH2 ([8] e [10]). Ce réglage de la race sera nécessairemen fai avan oue uilisaion de l oscilloscope. 6 hp ://aelierprepa.over-blog.com/ Qadri J.-Ph. PTSI

7 IV. L oscilloscope Insrumenaion TPC IV.3 Déviaion vericale : voie Y a Enrée du signal Elle se fai par les voies CH1 e CH2 en uilisan des prises BNC. Toues les masses élecriques des différens appareils doiven êre réunies ensemble e au boîier méallique de l appareil : la erre. Faire rès aenion dans les monages à ne pas faire de courcircui. b Impédance d enrée e bande passane L oscilloscope es fai de composans qui von parfois avoir une influence sur le circui. Ils peuven êre modélisés par une associaion parallèle (R e,c e ) : on parle alors d impédance d enrée de l oscilloscope (pluô que de résisance d enrée). Schéma équivalen de CH1 ou CH2 R e C e Lorsqu onbrancheunoscilloscopeauxbornesd unerésisancedecharger u,onréaliselemonage suivan : On veu évidemmen I = I, donc I doi êre rès faible; il fau donc que la résisance de l oscilloscope R e soi rès grande (idéalemen infinie). On a pour les oscilloscopes uilisés R e = 1 MΩ e C e = 25 pf Rq : Ces valeurs figuren sur la face avan à coé des bornes d enrée CH1(X) e CH2(Y). Pour que la mesure soi correce, il fau donc que R u 1 MΩ. E g R g GBF I R u I' I'' Oscilloscope Définiion : La bande passane correspond au domaine de fréquence pour ne pas avoir des signaux déformés (en ampliude e en phase). Les signaux correcemen visualisés par l oscilloscope son ceux don la fréquence es comprise enre 0 e 40 MHz. Cl : L oscilloscope es donc beaucoup plus performan que le mulimère en erme de bande passane. c Réglage des voies Y α) Calibres Une déviaion vericale donnée correspond à une différence de poeniel appliquée unique. Pour que la même déviaion permee de mesurer des signaux d ampliudes rès différenes, un disposiif doi faire varier le rappor exisan enre l ampliude du signal à mesurer e l ampliude de la différence de poeniel appliquée enre les plaques de déviaion vericale : c es le disposiif d amplificaion égalemen appelé calibre, ou sensibilié vericale. Le curseur correspondan [33] es direcemen gradué en vols par division, une division correspondan à une graduaion principale de la voie Y, ce qui perme de faire des mesures de ension dans une large gamme. Ceraines opions son possibles : inversion du signal sur une voie (-CH2 [11]), addiion ou sousracion ([9]) des ampliudes des signaux des 2 voies (aenion : il fai la somme «poin par poin», on doi donc avoir les mêmes sensibiliés vericales sur [33] e [38]). β) Filres d enrée Envoyer un signal du GBF sur la Voie 2, avec un signal coninu (DÉCALAGE). L oscilloscope es oujours réglé avec AUTO, PP-LEVEL, Source : CH2, Coupling : DC, CH2. À l aide du bouon [30], se placer en DC, puis en AC puis GND (bouon au-dessus de CH2(Y)). Conclusion. Qadri J.-Ph. PTSI hp ://aelierprepa.over-blog.com/ 7

8 TPC Insrumenaion IV. L oscilloscope modes d'enrée AC DC GND R e 0,1 µf Il exise donc 3 couplages différens du signal d enrée : posiion DC («Direc Coupling»ou couplage direc) : le signal d enrée es direcemen appliqué à l aénuaeur, ou le signal passe (composanes variable e coninue). posiion AC («Alernaive Coupling»ou couplage alernaif) : la composane coninue es supprimée ; seule passe la composane alernaive. Ceci se fai grâce à une capacié supplémenaire d environ 0, 1 μf qui peu êre la cause de déformaion dans cerains cas. posiion GND («Ground») : le signal d enrée es con- x x x C e Aénuaeur necé à la masse. On peu visualiser le poeniel de la masse e placer ainsi la ligne de base à haueur sur l écran, pour servir de référence. vers PDV Ce réglage de la ligne de base es à faire sysémaiquemen. IV.4 Déviaion horizonale : Voie X Sur le sysème de déviaion horizonale (PDH), on peu appliquer : soi une ension proporionnelle à la ension d enrée sur la voie CH1. On visualise alors Y 2 = f(x 1 ), i.e. Y = f(x). C es le mode de Lissajous, ou mode XY. soi une ension inerne varian linéairemen avec le emps. On visualise alors Y 1 () e Y 2 (). C es le mode emporel. a Mode emporel α) Base de emps Définiion : La base de emps es un généraeur qui a pour rôle de provoquer un balayage horizonal du spo Envoyer un signal riangulaire sur l oscilloscope (CH1), puis se placer en XY ([9]). Se mere sur la fréquence la plus faible (0,3 Hz). Observaions. Cl : La ension appliquée aux plaques de déviaion vericale (PDV) ne perme au spo que de décrire un segmen lumineux d ampliude variable, verical, si le déplacemen horizonal de ce spo n es pas assuré. Le généraeur appelé «base de emps», assuran ce balayage horizonal, délivre une ension en dens de scie (ou rampe) sur les plaques de déviaion horizonale (PDH) : de A à B : la différence de poeniel enre les plaques croî, de sore que le faisceau d élecrons es de plus en plus dévié vers la droie, le spo se déplace de la gauche vers la droie de l écran. Soi T 1 la durée du balayage. base de emps A B T 1 T 2 de B à C : la ension chue rès rapidemen, le spo revien rès rapidemen à sa posiion iniiale à gauche de l écran. Pendan ce reour, pour évier l appariion d une race parasie, l émission élecronique es bloquée. Soi T 2 la durée du reour. La viesse de balayage (viesse avec laquelle le spo se déplace de gauche à droie sur l écran) peu êre modifiée par bonds calibrés (en ms/div ou μs/div) grâce au bouon roaif [21]. β) Synchronisaion ou déclenchemen de la base de emps Supprimer XY, PP-LEVEL, mere le bouon LEVEL [15] au maximum e reser sur AUTO [18]. Choisir une fréquence délivrée par le GBF de 500 Hz. Observaions. 8 hp ://aelierprepa.over-blog.com/ Qadri J.-Ph. PTSI C

9 IV. L oscilloscope Insrumenaion TPC Commenaire : Si la période de la base de emps es indépendane de celle du signal à visualiser (pas de rappor enier), on observe sur l écran plusieurs images superposées ou un défilemen de l image (correspondan aux balayages successifs). On es en mode «relaxé» : la base de emps es réglée sur une période déerminée, foncionne de manière auonome ; la viesse de balayage (AB) ainsi que la période de la base de emps (AC) son indépendanes du signal à observer. signal Observaion à l'écran de l'oscilloscope Balayage n 1 base de emps B Balayage n 2 Balayage n 3 A C Balayage n 1 Balayage n 2 Balayage n 3 Q : Commen obenir une image «correce»? Rép : il fau que la période (AC) soi un muliple enier de la période du signal à analyser. Il fau donc pouvoir commander le dépar du balayage : la den de scie ne démarrera qu à chaque fois que la ension du signal aein une valeur donnée par fron monan ou descendan, appelée seuil de déclenchemen (TRIGGER LEVEL). Dans ce cas, la base de emps foncionne en mode déclenché. On di qu il y a synchronisaion de la base de emps sur le signal à visualiser. signal seuil de déclenchemen Observaion à l'écran de l'oscilloscope base de emps B A C D T 1 T 2 T 3 Balayage n 1 Balayage n 2 Soi T 1 la durée de balayage, T 2 la durée de reour du spo e T 3 le emps d inhibiion : le spo aend un nouveau déclenchemen en D (de B à D, le spo es éein). Q : Commen procéder à la synchronisaion de la base de emps? Rép : Cee synchronisaion compore plusieurs éapes ((1) à (4)) : (1) Choix de la source de déclenchemen [24] source inerne : le signal de déclenchemen es celui appliqué sur CH1 ou CH2 source exerne : le signal de déclenchemen es exérieur à l oscilloscope. Il doi êre synchrone Qadri J.-Ph. PTSI hp ://aelierprepa.over-blog.com/ 9

10 TPC Insrumenaion IV. L oscilloscope du signal à analyser. On l uilise lorsque le signal à observer es complexe ou perurbé e que l on dispose d un signal non perurbé e synchrone du signal à observer. On l envoie sur la borne EXT [28]. réseau LINE : le signal de déclenchemen es le seceur ; le signal à observer doi êre synchrone du réseau (f = 50 Hz). Se remere AUTO, PP-LEVEL e sur Source : CH1. Se placer sur source EXT. Observaions. À l aide d un «T»de dérivaion, prélever le signal e l envoyer sur la borne EXT. Observaions. La réglage de la synchronisaion n es pas erminé, car comme pour le sysème verical, il fau relier la source de déclenchemen au circui de déclenchemen : (2) Choix du mode de couplage [26] «DC Coupling» : couplage le plus uilisé. La oalié du signal de déclenchemen passe. La bande passane du circui de couplage s éend de la fréquence nulle (ou coninu) à la limie supérieure de la bande passane des amplificaeurs vericaux. «AC Coupling» : on inrodui un filre passe-hau qui élimine les fréquences rès basses (ronflemens perurbaeurs par exemple) au dessous de 10 à 20 Hz ; il coupe donc le coninu. LF : il inrodui un filre qui rejee les haues fréquences. Si le signal conenai des signaux parasies Haues Fréquences, le circui de déclenchemen les confondrai avec le signal correc, ce qui provoquerai des déclenchemens inempesifs. Il coupe les fréquences parasies supérieurs à 10 khz. Il facilie donc l observaion des signaux présenan une composane coninue e/ou présenan un phénomène de «brui HF». HF : il inrodui un filre qui rejee les basses fréquences. Il élimine donc les signaux parasies BF (els que les ronflemens seceur). Il coupe les fréquences parasies inférieures à 10 khz. Il facilie donc l observaion des signaux présenan un brui HF. signal seuil de déclenchemen (2) seuil de déclenchemen (1) Observaion à l'écran de l'oscilloscope (1) Fron monan base de emps (1) A B C base de emps (2) A B C (2) Fron monan (3) Choix du niveau e pene du déclenchemen pene [16] : déclenchemen sur le fron monan (courbe (2) ci-dessous) du signal ou sur le fron descendan (courbe (1) ci-dessous) du signal. niveau (LEVEL) [15] : la ension de déclenchemen U 0 es réglable ; on peu ainsi choisir le poin de déclenchemen. La comparaison du signal avec ce seuil déclenche la base de emps. Aenion ouefois : si le seuil U 0 es supérieur à la valeur maximale U max du signal, la synchronisaion ne peu pas êre effecuée. 10 hp ://aelierprepa.over-blog.com/ Qadri J.-Ph. PTSI

11 IV. L oscilloscope Insrumenaion TPC PP-LEVEL [14] : l appareil fixe lui-même la valeur maximale permise par le seuil. L uilisaeur peu alors régler la valeur du seuil enre les deux valeurs exrémales permises mais on aura oujours coïncidence du signal e du seuil, donc déclenchemen. Il fau donc oujours se placer en mode «PP-LEVEL» Rq : On peu donc «déplacer»le poin de dépar de la courbe. Conseil : Il fau de préférence placer ce poin sur l axe horizonal (à l inersecion avec l axe verical) car cela facilie les mesures : le niveau de déclenchemen doi alors êre sur l axe horizonal. (4) Choix du mode de déclenchemen (doi êre fai en premier) mode normal NORM [18] : il es nécessaire d avoir un signal de déclenchemen pour allumer le ube cahodique. En l absence de signal de déclenchemen l écran rese noir : on n observe aucune race lumineuse. Si on veu obenir une race en l absence de signal (pour cadrer le spo par exemple), on passe en mode auomaique. mode auomaique AUTO [18] : il y a déclenchemen de la base de emps en l absence de signal de synchronisaion. Le seuil es alors réglé à zéro e on observe une race horizonale (à zéro si le spo es cadré). Mais quand il y présence d un signal de synchronisaion, la commande précédene es inhibée, e le déclenchemen se produi au seuil fixé par l uilisaeur. Envoyer un signal (f = 500 Hz) sur l oscilloscope réglé sur Source (inerne) CH2 e en mode manuel de déclenchemen (NORM). Augmener le niveau de déclenchemen (LEVEL) : sans PP-LEVEL e avec PP-LEVEL. Observaions. Débrancher le câble relian le GBF à l oscilloscope. Observaions. Mere alors l oscilloscope sur AUTO. Observaions. Envoyer le signal, PP-LEVEL enclenché : vérifier que le signal apparaî. Enlever PP-LEVEL e augmener progressivemen le niveau. Aeindre le maximum du signal : la synchronisaion n es plus effecuée : on a un défilemen. Enfoncer alors PP-LEVEL : la synchronisaion es à nouveau effecuée. blocage HOLDOFF [12] : après chaque balayage, le circui de balayage empêche un nouveau déclenchemen pendan un emps réglable pouvan excéder la durée correspondane à la longueur d écran. En uilisaion normale, le bouon doi êre en buée gauche. mode DELAY [23] : balayage reardé ; à parir du mode de déclenchemen normal, il es possible de rearder d une durée réglable le dépar du balayage. Ce mode perme de façon déaillée (à viesse de balayage élevée) d examiner une porion de signal posérieure à l événemen de déclenchemen choisi : en faisan démarrer la den de scie au débu «de ce déail», il es possible de l observer en muliplian la sensibilié horizonale par 5 ou par 10. En mode auomaique, ce mode es éein. Conclusion : Pour la majorié des signaux, l observaion en mode emporel sera faciliée en uilisan les réglages suivans : AUTO, PP-LEVEL, Source : CH1, Coupling : DC, CH1, DC b Mode de Lissajous ou Mode XY La base de emps es déconnecée. On envoie un signal sur la voie X (CH1) don la srucure es idenique à celle de l enrée Y. Ex : supposons qu on envoie sur les deux voies X e Y deux signaux sinusoïdaux els que f Y = 2f X qu on peu écrire : f V = 2f H. Qadri J.-Ph. PTSI hp ://aelierprepa.over-blog.com/ 11

12 TPC Insrumenaion IV. L oscilloscope Sur ce exemple, le signal verical fai deux oscillaions pendan que le signal horizonal n en fai qu une : il suffi de comparer le nombre poins de angence à côé vericaln V e à côé horizonal n H. La fréquence du signal verical es donc le double de celle du signal horizonal. De façon générale, s il y a n V poins de angence avec le côé verical e n H poins de angence avec le côé horizonal, les fréquences son dans le rappor : f V f H = n H n V n =2 H f f H V = 2 1 n =1 V IV.5 Affichage simulané de deux signaux (mode emporel) Pour comparer deux signaux, il es uile de les visualiser simulanémen. Or, la plupar des oscilloscopes ne produisen qu un seul faisceau d élecrons qui ser à la descripion des deux signaux. Pour conourner le problème, on foncionne soi en mode alerné, soi en mode découpé ([9]) e on me à profi les défaus de l œil (persisance réinienne). a Mode alerné ALT Pendan oue la durée d un balayage de la base de emps, les plaques de déviaion vericale son reliées à la première voie d enrée CH1, pendan oue la durée du balayage suivan, elles le son à la deuxième voie (CH2) e ainsi de suie, alernaivemen. Les images se succèden donc rapidemen mais l observaeur voi en même emps les deux races du fai de la persisance réinienne. Dans ce mode, la Source de déclenchemen ([24]) doi êre sur ALT (elle es CH1 lorsque la déviaion vericale es liée à CH1 e passe sur CH2 quand la déviaion vericale es liée à CH2, ec.). Ce mode s uilise surou pour des signaux de fréquence assez grande. L avanage du mode ALT es de pouvoir observer 2 signaux incohérens (relaion de phase non consane en cours du emps). b Mode découpé CHOP Pendan un même balayage de la base de emps, les plaques de déviaion vericale son alernaivemen, e un rès grand nombre de fois, reliées à CH1 e à CH2. Pendan chaque ransiion enre les 2 voies, il y a exincion de la race. La fréquence de découpage es ici de 200 khz (sur d aures oscilloscopes, elle peu varier de 100 khz à 8 MHz). Les deux images, si elles son formées de peis segmens assez rapprochés, son vues au conraire du fai de la aille du spo e du pouvoir de résoluion de l œil. Dans ce mode, la Source de déclenchemen doi êre sur CH1. Ce mode s uilise surou pour des signaux de basse fréquence. 12 hp ://aelierprepa.over-blog.com/ Qadri J.-Ph. PTSI

13 V. Uilisaion de l oscilloscope Insrumenaion TPC V Uilisaion de l oscilloscope V.1 Mesure des emps a Mesure de périodes La mesure es d auan meilleure que le calibre de la base de emps es choisi pour avoir une période occupan la plus grande largeur possible. On pourra uiliser plusieurs méhodes de mesure : Lecure grossière du nombre de carreaux Uilisaion des curseurs Uilisaion des mesures auomaiques Envoyer sur l oscilloscope plusieurs sores de signaux (sinusoïdaux, riangulaires, créneaux) e mesurer les périodes. En déduire les fréquences e comparer aux indicaions données par le GBF. Augmener la fréquence du GBF pour des signaux carrés. Observaions. b Temps de monée On peu mesurer direcemen le emps de monée grâce à la présence de poinillés aux niveaux 1 10 e 9. Il fau pour cela régler correcemen la dimension de la race. 10 V.2 Mesure d ampliudes On observe sur la voie CH1 une ension sinusoïdale : e = E m cos(ω+φ). La ension lue sur l axe verical es la ension maximale E m (e non pas la ension efficace E eff = Um ). 2 On pourra égalemen uiliser plusieurs méhodes de mesure : Lecure grossière du nombre de carreaux Uilisaion des curseurs Uilisaion des mesures auomaiques e xxxxxx xxxxxx GBF masse commune GBF/Oscillo i R u R L,r Voie 1 Voie 2 Rq : Pour les mesures auomaiques, on pourra remarquer la possibilié de mesurer la ension moyenne, la ension efficace e la ension maximale. Réaliser le monage en prenan E m = 2 V ; L = 1,4 H ; R = 1 kω e une fréquence proche de 50 Hz pour que l éalonnage de la bobine soi valable. Mesurer, pour e e u R, oues les ensions possibles. V.3 Mesure de déphasages a Méhode de la double race Reenir : Le signal en avance es celui passan le premier par un maximum (ici Voie 1) a. La longueur T correspond à 2π. La longueur 1 correspond à φ, donc φ = 2π 1 T. Mesurer T, 1. Calculer φ. Donner l inceriude de la mesure. Jusifier par un diagramme de Fresnel que la ension d enrée es en avance sur le couran. a. Aenion, beaucoup d erreurs pour savoir quel signal es en avance sur l aure... f() 1 T Voie 1 Voie 2 La Voie 1 es en avance de phase p/r à la Voie 2 car elle passe par un maximum en premier Qadri J.-Ph. PTSI hp ://aelierprepa.over-blog.com/ 13

14 TPC Insrumenaion V. Uilisaion de l oscilloscope variane : Méhode des 9 carreaux : Bien cenrer les deux signaux par rappor à l axe horizonal. (On pourra excepionnellemen uiliser le couplage AC.) Agrandir vericalemen les deux 2 sinusoïdes. Ajuser la demi-période à 9 carreaux en décalibran la base de emps e en jouan sur le réglage fin. On doi obenir l écran ci-conre. Expliquer alors pourquoi chaque carreau de décalage correspond à 20 de déphasage. Mesurer le déphasage. Conclusion? D=9c u 2 u 1 x 10 carreaux Ici, u es en avance de phase sur u 2 1 b Aures méhodes Refaire les mêmes mesures en uilisan soi les curseurs, soi les mesures auomaiques. Comparer les mesures effecuées. 14 hp ://aelierprepa.over-blog.com/ Qadri J.-Ph. PTSI