UTILISATION DU GBF ET DE L OSCILLOSCOPE

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1 Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable La chaine d information numérique 1 ère STI2D CI10 : Validation de la commande d un système tp sin UTILISATION DU GBF ET DE L OSCILLOSCOPE Buts du TP : le but de ce TP est l étude de deux appareils utilisés de façon très courante par la suite lors des TP d électricité : le générateur de signaux basses fréquences (GBF) et l oscilloscope numérique. Lors de ce TP, on apprendra: à déterminer les caractéristiques d un signal variable à se servir de ces deux appareils complémentaires en visualisant plusieurs types de signaux. 1. L oscilloscope a) à l aide le l application tektronik - entourer sur le document réponse 1, les boutons de réglage de la voie 1 (1) ; - entourer également, les boutons de réglage de la voie 2 (2) ; - entourer ensuite, les boutons de réglage de la base de temps (3) ; - entourer, les boutons de réglage de la synchronisation (4) ; b) à quoi servent les boutons C12 et C11? c) à quoi servent les boutons B1 à B5 lorsque le bouton ch1 menu est sélectionné? d) à quoi servent les boutons A1 et A2? e) à l aide de l application tp works - déterminer la procédure à suivre pour régler le zéro volt ; - déterminer la procédure à suivre pour visualiser une tension sur la voie 1 ; - déterminer la procédure à suivre pour régler la base de temps ; Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 1/10

2 2. Le générateur basse-fréquence (GBF) : Cet appareil délivre divers types de signaux périodiques dans une gamme de fréquences dite «basse fréquence». Un signal est périodique s il se reproduit identique à lui-même au bout d un temps T appelé 1 période (en seconde). La fréquence f est définie par f = (f en Hertz : Hz). T L amplitude est la valeur maximale ou valeur de crête du signal. On la note Û ou U max. En branchant directement le GBF sur l oscilloscope, répondre aux questions suivantes : Branchement L appareil est un voltmètre, il se branche en PARALLÈLE avec des connecteurs bnc Borne rouge = entrée CH1 ou CH2 notée encore Y 1, Y 2 Borne noire = masse de l appareil (symbole ) a) type de signaux : quels sont les différents types de signaux que peut délivrer le GBF? b) gamme de fréquences : comment peut-on faire varier la fréquence du signal de sortie du GBF? c) variation de l amplitude du signal de sortie : entre quelles valeurs limites? d) Ajout d une tension de décalage (en anglais : DC offset) : avec ce bouton, que peut-on ajouter au signal de sortie? Quelle est la condition pour que ce bouton soit actif? e) variation du rapport cyclique ( en anglais : symetry ou duty) : prenons l exemple du signal carré délivré par le GBF : ton T Le rapport cyclique α correspond à la division de la durée du signal haut ton par la durée de la période T. Que vaut-il ici? Que permet de changer le bouton DUTY? Quelle est la condition pour que ce bouton soit actif? Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 2/10

3 f) Déterminer la période, la fréquence et l amplitude des signaux ci-dessus. 3. Utilisation de l oscilloscope 3.1. Visualisation d une tension continue. Réaliser le montage. R 1 U 1 On donne E = 10 V. Utilisation de l alimentation stabilisée R 1 = 390 Ω ; R 2 = 270 Ω E U R 2 Appeler le professeur pour faire vérifier votre montage a. Visualiser la tension E. Relever la tension E. Y 1 U 1 E U2 R 2 - Mesure de E. Noter la sensibilité verticale:.. V/div D où: E =. div. V/div E =.. Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 3/10

4 b. Visualiser la tension U 2 Relever la tension U 2. R 1 Y 2 E U 1 U2 R2 - Mesure de U 2. Noter la sensibilité verticale:... V/div D où: U 2 =. div. V/div U 2 =... c. En déduire la valeur de la tension U 1 : Visualisation d une tension périodique. C est une grandeur variable qui se reproduit identiquement à elle-même à intervalles de temps réguliers. La période d une grandeur périodique est le temps T ( en sec. ) que met le signal (motif) pour se répéter identiquement à lui-même Sa fréquence f est le nombre de périodes (motifs) par seconde. Hertz (Hz) f = T 1 en seconde (s) GBF CH 1 Sortie OUTPUT 50Ω On utilise un GBF (générateur basse fréquence). Il délivre une tension alternative de différents types (rectangulaire, triangle, sinusoïdale) à des fréquences variables mais aussi une tension continue. On va visualiser différents signaux puis faire des mesures de période et de fréquence. Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 4/10

5 On relevera proprement les signaux sur 1 ou 2 périodes pour la précision des mesures.faire apparaitre le zéro volt a. Visualiser une tension rectangulaire de valeur maximale Û = 6 V et de fréquence 500 Hz. sens. vert. : sens. horiz.. :. V/div.. s/div b. Visualiser une tension triangulaire de valeur maximale Û = 10 V et de fréquence 2000 Hz. sens. vert. :. V/div sens. horiz.. :.. s/div Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 5/10

6 c. Visualiser une tension u(t)= 3 sin(376991t) sens. vert. : sens. horiz.. :. V/div.. s/div 3.3. Visualisation d une tension non alternative. Expérience préliminaire: Comment obtenir une tension périodique non symétrique avec un GBF- Utilisation de l OFFSET. On veut obtenir la tension ci-contre: 4 u (V) 0 t (ms) 1 2 La tension u(t) résulte de la superposition de la tension alternative rectangulaire u a (t) et d une tension continue u c de 2V. 2 u a (V) 2 u c (V) 4 u (V) t (ms) 0 t (ms) 1 2 composante alternative + composante continue = tension non alternative tension d offset 0 t (ms) Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 6/10

7 1) Régler le GBF de façon à obtenir la tension u a (t) symétrique : - de même allure (rectangulaire) - de même fréquence ( 500 Hz ) - de même amplitude «crête à crête» Se mettre en position DC à l oscilloscope 2) Décaler la courbe u a en utilisant la fonction «offset» de façon à obtenir u(t). L offset délivre une tension continue Faire contrôler par le professeur. Expérience complémentaire : Commuter le sélecteur de couplage d entrée de l oscilloscope en position AC et noter le sens de déplacement (vers le haut ou vers le bas) et la valeur en volts [.] du déplacement vertical de l oscillogramme. Conclure sur l utilisation du sélecteur AC-DC de l oscilloscope : d. Visualiser une tension rectangulaire de valeur maximale Û = 1 V,Umoyen = 1 V et de fréquence 100 Hz. sens. vert. : sens. horiz.. :. V/div.. s/div Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 7/10

8 e. Visualiser une tension triangulaire de valeur maximale Û = 2 V Umoyen = -2 V et de fréquence Hz. sens. vert. : sens. horiz.. :. V/div.. s/div f. Visualiser une tension u(t)= 4 sin(62840t) + 1 sens. vert. : sens. horiz.. :. V/div.. s/div Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 8/10

9 Si vous avez du temps : Mesure d amplitude et de fréquence Un générateur basse fréquence (GBF) délivre successivement une tension créneaux, triangulaire puis sinusoïdale. On observe ces tensions sur l écran d un oscilloscope dont les réglages sont donnés. Pour chacune de ces tensions, mesurer : - la valeur maximale Û - la période T En déduire - la fréquence f. a. tension créneaux : 0V Y1Y2Y3 Temps (s/div) Y1 (V/Div) Y2 (V/Div) Y3 (V/Div) 1,0ms/Div 2,0V/Div 1,0V/Div 1,0V/Div Couplage : DC Couplage : DC Couplage : DC b. tension triangulaire : 0V Y1Y2Y3 Temps (s/div) Y1 (V/Div) Y2 (V/Div) Y3 (V/Div) 2,0µs/Div 1,0V/Div 1,0V/Div 1,0V/Div Couplage : DC Couplage : DC Couplage : DC c. tension sinusoïdale: 0V Y1Y2Y3 Temps (s/div) Y1 (V/Div) Y2 (V/Div) Y3 (V/Div) 5,0ms/Div 5,0V/Div 1,0V/Div 1,0V/Div Couplage : DC Couplage : DC Couplage : DC Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 9/10

10 Document réponse 1 Tp gbf et oscilloscope Lycée Jules Ferry Versailles 10/10