CH 06 UTILISATION DE L OSCILLOSCOPE

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1 CH 06 UTILISATION DE L OSCILLOSCOPE Pendant tout le TP vous utiliserez la Fiche méthode de l oscilloscope OX 71 Livre Bordas, Collection ESPACE, 2008, p 183 I- FONCTIONNEMENT Mettre l appareil sous tension. (bouton1) Placer ensuite le bouton 9 sur XY. Qu observez vous? Un point lumineux : le spot Manipuler le bouton 4 ; Que devient le spot? Le spot change de luminosité Manipuler le bouton focalisation ; Que devient le spot? Le spot change de taille Manipuler le bouton 5 ; Que devient le spot? Le spot se déplace verticalement Manipuler l'autre bouton 5 ; Que devient le spot? Le spot se déplace horizontalement Repositionner le spot au centre de l écran. II- OBSERVATION D UNE TENSION CONTINUE 21- La sensibilité verticale 211- Etude d un générateur de tension continue de 6V a- Relier la borne du générateur à la masse (borne 6bis) de l oscilloscope. b- Relier la borne + du générateur à la borne Y (borne 6) de l oscilloscope. c- Placer le bouton 9 sur XY. d- Positionner le bouton 8 en face du repère 2V / div. e Que vaut en volt un carreau (verticalement)? Ici, 1 carreau (vertical) correspond à 2 V. Ce nombre représente la valeur en tension d un carreau «vertical» (c est l échelle verticale) f Ce nombre est appelé Sensibilité verticale et a pour symbole S. Quelle est son unité? La sensibilité verticale, notée S, se mesure en V / div g- Dessiner ce qui apparaît sur l écran h- Observation de la tension de 6 V. De combien de carreaux (divisions) s est déplacée verticalement la trace par rapport au milieu de l écran? On note Y cette mesure. Y = 3 div (carreaux). Or un déplacement vertical de 1 carreau représente quelle tension? Il représente 2V (sensibilité verticale) Quelle tension, notée U, le générateur délivre-t-il? U = 3 2 = 6 V. 1

2 i- Donner la relation qui existe entre S, Y et U La déviation verticale du spot est proportionnelle à la tension appliquée aux bornes de l oscilloscope donc : U = S Y En V En V/div En div j- Conclusion On constate donc que l axe vertical de l oscilloscope est l axe des tensions : il y a proportionnalité entre le déplacement vertical du spot et la tension mesurée 212- Etude d un générateur de tension continue de 6 V branché en inverse a- Relier la borne + du générateur à la masse (borne 6bis) de l oscilloscope. b- Relier la borne du générateur à la borne Y (borne 6) de l oscilloscope. c- Placer le bouton 9 sur XY. d- Positionner le bouton 8 en face du repère 2V / div. e- Dessiner ce qui apparaît sur l écran g- Interprétation De combien de carreaux (divisions) s est déplacée la trace par rapport au milieu de l écran? Y = - 3carreaux. Or la sensibilité verticale S vaut : S = 2 V. Donc la tension, notée U, mesurée est : U = S Y = = - 6 V. 22- Le balayage Etude d un générateur de 6V a- Relier la borne du générateur à la masse (borne 6bis) de l oscilloscope. b- Relier la borne + du générateur à la borne Y (borne 6) de l oscilloscope. c- Positionner le bouton 8 en face du repère 2V / div. d- Tourner (dans le sens des aiguilles d une montre) le bouton 9 jusqu à 0,5 s / div. Qu observez vous? Le spot se déplace lentement de la gauche vers la droite 2

3 e- Tourner le bouton 9 jusqu à 0,2 s / div. Qu observez vous? Mesurer le temps qu il faut au spot pour parcourir 10 divisions. Le spot se déplace plus rapidement de la gauche vers la droite. Il faut 2 s au spot pour parcourir 10 divisions (normal car sa vitesse est de 0,2 s pour une division) f- La vitesse de balayage, notée B, représente le temps que met le spot pour traverser horizontalement un carreau (c'est l'échelle horizontale). Quelle est son unité? L unité de la vitesse de balayage, notée B, est la s / div g- Tourner le bouton 9 jusqu à 50 µs / div. Qu observez vous? On observe une ligne droite. Le spot va tellement vite que l œil ne peut plus le voir se déplacer. III- OBSERVATION D UNE TENSION VARIABLE 31- Réglages Placer le bouton 9 sur XY A l aide des boutons 5, placer le spot au centre de l écran. Relier les bornes du générateur de tension alternative aux bornes Y(6) et masse (6bis) de l oscilloscope. Placer le générateur sur : - 6V - tension alternative (~) Régler le bouton 8 (sensibilité verticale) de telle manière que la totalité de la trace du spot soit visible à l écran. Régler le bouton 9 (balayage) de manière à avoir une courbe stable. 32- Observation. Dessiner la courbe observée à l écran. 33- Mesure de la tension maximale a- Quelle est la valeur de la Sensibilité verticale? S = 5 V / div. b- Le déplacement vertical maximal (noté Ym) représente le nombre maximal de carreaux «verticaux» dont s est déplacé la trace par rapport au centre de l écran? Quelle est sa valeur? Ym = 1,9 div. 3

4 c- Quelle est la valeur maximale de la tension alternative? Donner la relation entre Um, S et Ym. Um = 5 1,9 = 9,45 V. Alors Um = S Ym V V / div div 34- Mesure de la période a- Quelle est la valeur de la vitesse de balayage notée B? : B = 5 ms / div. b- La longueur d un motif, notée (X), représente le nombre de carreaux «horizontaux» d un motif. Quelle est la longueur du motif? X = 4 div. c- Quelle est la valeur de la période T? Donner la relation entre T, B et X. Période T = 5 4 = 20 ms = 0,02 s. D où s T = B X s / div div 35- La fréquence La relation qui relie la période à la fréquence est la suivante : f = 1 / T En Hertz (Hz) En s En déduire la fréquence à partir de la période mesurée à l oscilloscope f = 1 / T D où f = 1 / 0,02 = 50 Hz 4

5 IV- DIFFÉRENCE ENTRE UNE TENSION MESURÉE À L OSCILLOSCOPE ET AU VOLTMÈTRE 41- Présentation Avec un oscilloscope, on peut mesurer la tension maximale (U max ) d'une tension périodique, c'est-à-dire la plus grande valeur que prend cette tension au cours du temps Un voltmètre mesure la valeur efficace (U eff ) d'une tension U périodique. C est la valeur de la tension continue constante qui aurait les mêmes effets que U sur une résistance. ( U eff représente la valeur moyenne de toutes les valeurs positives de la tension ) 42- Relation entre tension maximale et tension efficace Livre Bordas, Collection ESPACE, 2008, p 182, Questions de 2 à 7 Q3 : U max (en V) 0 1,4 2,8 4,2 5,7 7,1 8,5 U eff (en V) U max / U eff 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 Q5 : On a une droite qui passe par l origine. On en déduit qu il existe une relation de proportionnalité entre U max et U eff. Q6 : 2 1,41 1,4. On en déduit donc que U max / U eff = 2 (pour une tension sinusoïdale) Q7 : Comme U max = U eff 2, alors U max = ,3 V V- ETUDE DE LA TENSION PRODUITE PAR UN ALTERNATEUR On relie l'alternateur d'une dynamo a un oscilloscope. On met la dynamo en mouvement et on observe la tension suivante : On en déduit que la tension délivrée par un alternateur est alternative. 5

6 VI- LA TENSION DU SECTEUR EN FRANCE A l'aide d'un voltmètre branché en mode AC, on constate que la tension aux bornes d'une prise de courant est de 230 V En utilisant un fréquencemètre ou à l'aide de l'oscilloscope (ou en observant des appareils électriques de la vie de tous les jours), on constate que la fréquence est de 50 Hz VII- EXERCICES Ex 12, 13, 14 et 20 p Correction ex 12 p 188 1a- Entre A et B, on a 3 divisions (Ym = 3 div) 1b- Il faut multiplier Ym par la valeur de la sensibilité verticale : S = 0,5 V / div 1c- Um = S Ym = 0,5 3 = 1,5 V 2a- Entre C et D, on a 4 divisions (X = 4 div) 2b- Il n'est pas judicieux d'utiliser les points G et H car il est difficile de mesurer avec précision le nombre de division séparant ces 2 points (aucun des 2 n'est situé sur un quadrillage) 2c- Il faut multiplier X par la valeur du balayage : B = 2 ms / div 2d- T = B X = 2 4 = 8 ms 6

7 Correction ex 13 p La tension représentée est alternative car la tension passe d'une valeur positive à un e valeur négative et de manière symétrique 2- La valeur maximale de la tension correspond à 3,5 div (par rapport à la ligne du zéro): Ym = 3,4 div 3- Sachant que la sensibilité verticale S = 2 V / div et que Ym = 3,5 div, alors on en déduit que Um = S Ym = 2 3,5 = 7 V Correction ex 14 p 188 OSCILLOGRAMME 1 a- Sachant que la sensibilité verticale S = 0,1 V / div et que Ym = 2,5 div, alors on en déduit que Um = S Ym = 0,1 2,5 = 0,25 V b- Sachant que le balayage B = 2 ms / div et que X = 4 div, alors on en déduit que T = B X = 2 4 = 8 ms = 0,008 s c- La fréquence vaut f = 1/T. Donc f = 1/0,008 = 125 Hz OSCILLOGRAMME 2 a- Sachant que la sensibilité verticale S = 2 V / div et que Ym = 3,5 div, alors on en déduit que Um = S Ym = 2 3,5 = 7 V b- Sachant que le balayage B = 50 µs / div et que X = 4,4 div, alors on en déduit que T = B X = 50 4,4 = 220 µs = 2, s c- La fréquence vaut f = 1/T. Donc f = 1/ 2, = 4545 Hz 7

8 Correction ex 20 p La forme de la tension est sinusoïdale (en forme de vague) 2- Sachant que la sensibilité verticale S = 0,2 V / div et que Ym = 3,5 div, alors on en déduit que Um = S Ym = 0,2 3,5 = 0,7 V. Or Ueff = Um / 2. Donc Ueff = 0,7 / 2 = 0,5 V Sachant que le balayage B = 5 ms / div et que X = 4,4 div, alors on en déduit que T = B X = 5 4,4 = 22 ms = 0,022 s La fréquence vaut f = 1/T. Donc f = 1/ 0,022 = 45,5 Hz 3- Si la tension n'est pas sinusoïdale, alors la relation Ueff = Um / 2 ne peut plus s'appliquer. Donc on ne pourra pas calculer la valeur de la tension efficace. 8

9 LES INDISPENSABLES DU CH06 UTILISATION DE L'OSCILLOSCOPE I- PÉRIODE 11- Définition La période T d un phénomène périodique est le plus petit intervalle de temps au bout duquel le phénomène se reproduit identique à lui-même. La période T s exprime en seconde de symbole s La période T correspond à la durée d'un motif 12- Mesure à l'oscilloscope a- Vitesse de balayage (on lit sa valeur sur les boutons de l'oscilloscope) Par exemple B = 5 ms / div b- Longueur d un motif (on la mesure sur l'écran de l'oscilloscope) La longueur d un motif (X) représente le nombre de carreaux «horizontaux» d un motif. Elle s exprime en carreaux (ou divisions) Par exemple, X = 4 div. c- Formule pour mesurer la période à l'oscilloscope T = B X s s /div div On a donc, T = B X = 5 4 = 20 ms = 0,02 s II- La fréquence On calcule la fréquence à partir de la période mesurée à l oscilloscope. f = 1 / T f = 1 / T D où Hz f = 1 / 0,02 = 50 Hz s 9

10 III- TENSION MAXIMALE 31- Définition La tension maximale (U m ou U max ) d'une tension périodique est la plus grande valeur que prend cette tension au cours du temps. La tension maximale se mesure en volt (de symbole V) 32- Mesure à l'oscilloscope a- Sensibilité verticale (on lit sa valeur sur les boutons de l'oscilloscope) Par exemple S = 2 V / div b- Le déplacement vertical maximal Ym (on le mesure sur l'écran de l'oscilloscope) Le déplacement vertical maximal (Ym) représente le nombre maximal de carreaux «verticaux» dont s est déplacé la trace par rapport au centre de l écran Il s exprime en carreaux (ou division) Par exemple, Y = 3 div. c- Formule pour mesurer la période à l'oscilloscope Um = S Ym V V /div div On a donc, Um = S Ym = 2 3 = 6 V IV- La tension efficace Un voltmètre mesure la valeur efficace (U eff ) d'une tension U périodique. C est la valeur de la tension continue constante qui aurait les mêmes effets que U sur une résistance. ( U eff représente la valeur moyenne de toutes les valeurs positives de la tension ) Um = Ueff 2 Donc Ueff = Um / 2 = 6 / 2 Soit Ueff = 4,24 V 10

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