L oscilloscope Cathodique

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1 Modèle de compte-rendu de TP L oscilloscope Cathodique Ce document a été publié pour l unique but d aider les étudiants, il est donc strictement interdit de l utiliser intégralement en temps que compte-rendu à rendre aux professeurs.

2 I. Objectifs de la séance : La manipulation consiste en l utilisation de l oscilloscope cathodique afin de déterminer le déphasage entre deux tensions sinusoïdales de même fréquence. Les deux méthodes qui nous permettrons d effectuer les mesures sont : La règle de trois, Le mode XY de l oscilloscope, On comparera ensuite les résultats expérimentaux obtenus avec le résultat théorique. II. Matériel utilisé : Oscilloscope cathodique Multimètre Résistance Bobine inductive Ce document a été publié pour l unique but d aider les étudiants, il est strictement interdit de l utiliser intégralement en temps que compte-rendu à rendre aux professeurs.

3 Condensateur L oscilloscope : a. Définition : Un oscilloscope est un instrument de mesures électrique qui permet d observer, de mesurer et de comparer les tensions qui règnent dans un circuit électrique, et cela en affichant les courbes des tensions en fonction du temps. On dénombre deux types d oscilloscopes : l oscilloscope cathodique (qui est le sujet de notre séance de travaux pratiques) et l oscilloscope numérique. b. Fonctionnement d un oscilloscope cathodique : Avant d étudier le fonctionnement de l oscilloscope il faut d abord faire le bilan des principaux organes qui le composent. Voici un schéma simplifié de la structure interne d un oscilloscope cathodique. i. Le Canon à électrons : C est un ensemble d électrodes disposés de la façon dont l indique le schéma précédent qui est à l origine d un bombardement d électrons à l intérieur de l oscilloscope. On trouve d abord : La cathode C à chauffage indirect par un filament F dont le rôle est d émettre les électrons en question sous forme de faisceau qui s écrase sur l écran sous forme de spot lumineux. Le wehnelt W, porté à un potentiel négatif réglable par rapport à la cathode, dont le rôle et de contrôler le débit de électrons émis par le cathode C. Les anodes A1 et A2 permettent d accélérer les électrons et d ajuster la concentration du faisceau. Ils sont contrôlables à l aide du bouton «focus». On pourra alors faire varier l épaisseur du spot autant qu on le voudra. ii. Le système de déviation : Ce système est composé de 2 couples de plaques déviatrices : Les plaques verticales ou plaques de déviation horizontale ou les plaques X entre lesquels règne un champ magnétique responsable de la déviation horizontale du faisceau d électron. Cette déviation dépend de l intensité du champ magnétique qui, lui est dépendant de la tension étudiée V. 3

4 Les plaques horizontales ou plaques de déviation verticale ou aussi plaques Y on le même rôle que les plaques X sauf que la déviation du faisceau ce fait cette fois dans un plan vertical. iii. L enceinte de verre (le tube cathodique). C est une enceinte qui contient tous les éléments dont on a parlé, et dont l intérieur est dominé par un vide d ordre 10-6 mm de mercure. Elle est appelée tube cathodique. L extrémité de l enceinte est recouverte par une substance fluorescente qui recouvre l écran et qui permet une meilleure observation du lieu d impact des électrons (spot lumineux). En dehors du tube cathodique, l oscilloscope comprend différents circuits électroniques : un amplificateur réglable pour la tension étudiée V, une base de temps, un circuit de déclenchement, un circuit Z de modulation de la luminosité du spot (par action sur le wehnelt). c. Réglages : On peut effectuer différents réglages sur l oscilloscope pour optimiser l affichage d une courbe qui répond à nos besoins et cela en modifiant le cadrage, la luminosité, la focalisation Voici l interface d un oscilloscope cathodique : Ce document a été publié pour l unique but d aider les étudiants, il est strictement interdit de l utiliser intégralement en temps que compte-rendu à rendre aux professeurs.

5 Le balayage Les faisceaux que l'on voit sont en fin de compte le bout de la section du faisceau d'électrons qui vient percuter l'écran. Un faisceau est incolore. Sur la paroi de l'oscilloscope est placée une substance qui devient fluorescente au contact des électrons. On peut donc les voir. Cette section est appelée: spot. Il se déplace de gauche à droite avec une vitesse réglable que l'on appelle: balayage Ici la durée de balayage est de 50µs par division. Une division est un gros carreau. Ce qui signifie que le spot se déplace à la vitesse de 50µs / div. En augmentant la durée de balayage, le spot se déplace moins vite. La courbe parait plus étirée et il est plus aisé de mesurer un temps avec une courbe occupant un grand espace (meilleure précision). Mesure d'une période On utilise pour mesurer une tension le bouton balayage. La valeur de la durée de balayage est ici: t = 50 µs/div. RELATION POUR MESURER UN TEMPS: T = durée de balayage χ nombre de divisions représentant le temps 5

6 Le mode de couplage d entrée o Position GND : Le signal n est pas connecté au système de déviation de l'oscilloscope. L entrée de ce système est ramenée à la masse du châssis. La trace horizontale sur l écran indique le niveau zéro de la tension. o Position DC : Le signal est connecté au système de déviation et toutes les composantes continue et alternative sont transmises. C est la position la plus communément employée. o Position AC : Seule est transmise la composante alternative du signal. La composante continue est filtrée par un condensateur. III. Quelques mesures utilisant l oscilloscope : 1. Visualisation des signaux : Carré : Triangle : Ce document a été publié pour l unique but d aider les étudiants, il est strictement interdit de l utiliser intégralement en temps que compte-rendu à rendre aux professeurs.

7 Sinusoïdal : 2. Mesure de tensions, de fréquences, de périodes : On réalise le montage suivant : R= 50 Ω ; L=0,2 H ; C=30nF On obtient sur l écran de l oscilloscope les deux tensions : Ur, UBF

8 3. Mesure du déphasage : Mesure du déphasage φ entre deux tensions sinusoïdales de même fréquence : règle de trois : Pour mesurer le déphasage Δφ φv2- φv1 auquel est associé le temps Δt, et que la périodicité de la fonction sinus est 2π à laquelle est associée la période on utilisera la règle de trois : 2 Δt Δφ Donc Δφ Mesure du déphasage φ entre deux tensions sinusoïdales de même fréquence : Mode XY Soient ( ) ( ) 0 Mettons sur la voie X et sur la voie Y. Alors : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Et ( ) ( ) ( ) ( ) En élevant au carré et remplaçant ( ), on obtient : 2 Ce document a été publié pour l unique but d aider les étudiants, il est strictement interdit de l utiliser intégralement en temps que compte-rendu à rendre aux professeurs.

9 C est l équation d une ellipse inscrite dans un triangle dont les cotés sont parallèles aux axes X et Y et ont pour longueur 2A, 2B. Au point X=0 on a Y=B ou OI OI. Alors. Montrons que tan Δ. Comparaison avec le déphasage théorique : Δ ( ) ( ) ( 1 ) (1 ( )) (1 ( )) Où ψ Arg avec 1 ( ). La détermination de l argument s obtient en calculant sa tangente et en précisant l intervalle de longueur π auquel il appartient. Le deuxième point est fondamental : la tangente étant π -périodique, on a une incertitude de π que la connaissance de l intervalle auquel appartient l argument permet de lever. La détermination de cet intervalle se fait en étudiant les signes du cosinus et/ou du sinus de l argument. Dans le cas présent : (Δ ) tan ( ) Avec d où tan Δ 1 1 0,

10 IV. Etude du phénomène de résonance : L impédance réelle du circuit RLC est donnée par : ( ) ( 1 ) Par ailleur la tension complexe est donnée par : ( ) ( ) I L amplitude de l intensité s écrit alors : I0= ( ) ( ) où représente l amplitude de la tension. Le phénomène de résonance est obtenu lorsque I0 est maximale et est minimale soit pour une pulsation. A la résonance, l ellipse qui apparaît en mode XY s aplatit ,2 1 0,99 étant les tensions à la résonance. On remarque aussi que : Ce document a été publié pour l unique but d aider les étudiants, il est strictement interdit de l utiliser intégralement en temps que compte-rendu à rendre aux professeurs.

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