Réglage valeur moyenne

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1 P Cours : l instrumentation électrique A- Le générateur de basses fréquences ou G.B.F - Présentation utilisé : Réglage fréquence Réglage amplitude Réglage valeur moyenne Sweep : Possibilité de créer un signal de fréquence variable («balayage des fréquences) Sortie CH2 Sortie CH Signaux délivrés Le signal délivré est une sinusoïde Signal carré Signal triangulaire Les réglages concernent CH ou bien CH2 Attention output doit être allumé pour que la voie (CH) soit active. Le est un dipôle actif, source de tension capable de délivrer différents types de signaux : - un signal continu dont on peut faire varier l amplitude. - un signal triangulaire dont on peut faire varier l amplitude, la fréquence et la valeur moyenne. - un signal en créneaux (ou signal «rectangulaire») dont on peut faire varier l amplitude la fréquence et la valeur moyenne. - un signal sinusoïdal dont on peut faire varier l amplitude la fréquence et la valeur moyenne. On peut aussi créer des signaux de fréquence variable (mode «Sweep» enclenché) Ces signaux sont disponibles sur la sortie «OUPU 50 Ω» (50Ω représente la résistance de sortie du ) Les fréquences délivrées appartiennent à une plage comprise entre 0 Hz et quelques Méga Hertz (MHz). Notons dès à présent qu un signal de fréquence nulle (0 Hz) est un signal continu. 2- Gammes de fréquence La touche «Freq» permet de choisir la fréquence f de travail. Si on le souhaite on peut plutôt régler la période 3- Variations d amplitude =. f La touche «Ampl» permet de choisir l amplitude du signal. On peut régler la valeur maximale et la valeur minimale, ou bien la valeur crête à crête V pp, ou encore la valeur efficace (RMS pour «root mean square», moyenne quadratique). 4- Valeur moyenne du signal délivré ou Offset La touche «Offset» permet de donner une valeur moyenne (ou composante continue) non nulle au signal délivré. Cette valeur moyenne peut être positive ou bien négative, par défaut, elle est nulle. 5- Balayage en fréquence ou wobulation Le peut délivrer des signaux de fréquence variable (signaux wobulés). On y accède en enclenchant la fonction wobulation (Sweep). On peut alors régler la fréquence de départ (touche «Start») du balayage, la fréquence d arrivée (touche «Stop») ainsi que la durée du balayage (donc la vitesse de balayage) par la touche «ime».

2 B-L oscilloscope numérique Cet appareil est particulièrement utile en électricité, car il permet d accéder à un grand nombre de renseignements sur le signal, comme sa forme, sa période, son amplitude, le temps de montée, le déphasage, la valeur efficace... - Description sommaire Oscilloscope utilisé : Déplacement des curseurs. Cliquer pour valider et figer le curseur Déplacement dans les différents menus, (menu déroulant en tournant puis cliquer pour valider) Echelle horizontale («nombre de seconde par carreau») Horiz : Activer pour Passage en mode XY Déplacement «horizontaux» des signaux à l écran Activer les curseurs RUN/SOP : Pour figer une image à l écran Echelle automatique Gestion à l écran du signal mathématique issu de «Math» signal (jaune) mesures sur les signaux (fréquences, valeurs efficaces...) Opérations mathématiques sur les signaux (addition, multiplication..) ON/OFF signal 2 (vert) Valeurs des mesures (périodes, fréquences, valeurs efficaces...) Synchronisation et déclenchement du signal Niveau de déclenchement Les voies allumées s affichent à l écran (cliquer pour éteindre ou allumer) Déplacements «verticaux» des signaux à l écran Echelle verticale (nombre de Volts par carreau) Ecran Commandes Signal (jaune) Signal 3 (violet) = Signal Signal 2 issu du menu Math Signal 2 (vert) Sélection signal ou signal 2 pour les mesures ou pour le déclenchement par exemple. Pour valider signal Pour valider signal 2 Mesures sur les signaux (mesures de fréquences, d amplitudes...). Menu déroulant très souvent utilisé pour naviguer (en tournant) et valider (en cliquant) Auto Scale : bouton pratique pour cadrer automatiquement et correctement les signaux à l écran

3 - Remarque importante Les paramètres d échantillonnage correspondent aux réglages du signal à l écran. Si nous n avons pas un signal correctement affiché (par exemple moins d une période à l écran ou la valeur max qui «dépasse de l écran»...) les mesures faites par l oscilloscope numérique seront fausses. Le signal étudié ne doit pas «déborder» On doit observer au moins une période -2 Applications a) En se servant de tout ce qui précède, générer et visualiser à l oscilloscope un signal sinusoïdal d amplitude 6V crête à crête et de fréquence 250Hz. On veut que le signal soit parfaitement centré à l écran. Vérifier que la fréquence indiquée par le est bien celle indiquée par l oscilloscope. b) Vérifier que la valeur indiquée pour U max devient fausse si le signal déborde de l écran. c) Régler correctement le signal à l écran et vérifier que l oscilloscope indique la bonne valeur efficace. d) Revenir au signal du a) et ajouter 2V d offset à ce signal. Vérifier que l oscilloscope indique la bonne valeur moyenne. e) En utilisant la wobulation interne du réaliser un balayage lent de fréquence permettant d obtenir un signal triangulaire d amplitude crête à crête 4V dont la fréquence varie de 600 Hz à 800Hz en 30 secondes. f) Envoyer un signal sinusoïdal sur chacune des voies. Grâce à la fonction Math les multiplier entre eux. Commenter le résultat. 2- Synchronisation 2- Balayage/ Synchronisation Il faut que l oscilloscope affiche régulièrement les tensions qu il saisit et échantillonne. L idée de base est que la période du déclenchement de la saisie (et des calculs) doit être identique ou égale à un multiple entier de la période du signal observé. Par exemple si l oscilloscope reçoit un signal de période ms, il capte cette période (il se synchronise sur ce signal) et fait une saisie sur ms, 2ms, 3ms, 4ms... Ensuite, il recommence, la saisie et les calculs. Ainsi le signal affiché est stable à l écran. Par défaut il se synchronise sur le signal de la voie. Il affiche alors régulièrement plusieurs périodes du signal de la voie. Si rien n est envoyé en voie et que l on regarde le signal en voie 2 il est possible que la synchronisation soit mauvaise et que le signal à l écran ne soit pas stable. On retiendra que le signal du doit être envoyé en voie pour que les signaux soient stables à l écran. On peut choisir le niveau de déclenchement du signal (niveau du signal pour lequel la saisie et l échantillonnage commence). Par défaut il y a généralement déclenchement sur zéro volt sur front montant. Mais on peut changer le niveau et déclencher sur front descendant. Bien que la voie soit prioritaire par défaut, on peut aussi choisir une synchronisation à partir du signal de la voie 2. out ceci se règle dans le menu «rigger» (Level correspond au niveau de déclenchement) 2-2 Application : tester des notions avec par exemple, un signal sinusoïdal.

4 3- Oscilloscope en bicourbe Nous pouvons injecter 2 signaux, le premier sur CH et le second sur CH2 cela permettra de visualiser à la fois CH et CH2 en fonction du temps à l écran mais aussi CH2 en fonction de CH (mode XY) le cas échéant. On sélectionne l un ou l autre des deux signaux avec les boutons et 2 (Voie actives à l écran s ils sont allumés). Lorsque les deux voies sont actives, il peut se poser un problème de synchronisation. En effet, si l oscilloscope est synchronisé sur le signal de la voie 2, comment peut-il représenter aussi le signal de la voie s il est d une période différente? 3- Signal en voie de période différente mais multiple de celle de la période du signal en voie 2 Mettre grâce au un signal de fréquence f = 000 Hz en voie 2 et un signal de fréquence f 2 = 3000 Hz en voie. Commenter. f f2 On peut changer les rapports ou tout en les gardant un multiple entier de la fréquence la plus faible pour la f2 f fréquence la plus grande. Essayer avec f = 2000 Hz et f 2 = 3000 Hz. 3-2 Signal en voie de période différente et non multiple de celle de la période du signal en voie 2 Mettre grâce au un signal de période 2000 Hz en voie 2 et un signal de période quelconque en voie. Commenter. 4-Application : circuits du premier ordre 4-) Réaliser le circuit ci-contre : (le délivre une tension sinusoïdale de 0kHz). CH 0kΩ CH2 a) Visualiser simultanément les deux courbes. u e 22 nf u s b) Vérifier que l amplitude de u s (t) (notée U s m ) est celle attendue. c) Vérifier que le déphasage entre u e (t) et u s (t) est bien celui attendu. d) ester également la fonction XY. 4-2) Balayage en fréquence a) Faire varier la fréquence manuellement de quelques Hz à quelques centaines de khz en synchronisant tour à tour sur la voie puis sur la voie 2. Conclure. b) Faire varier la fréquence grâce au balayage (Sweep) en prenant comme fréquence moyenne la fréquence de coupure du filtre- Commenter. c) Visualiser enfin le comportement en XY avec ce balayage.

5 4-3) Signal d entrée rectangulaire a) Faire en sorte que le délivre des créneaux et visualiser les charges et décharges du condensateur. Distinguer le cas des charges complètes et celui des charges incomplètes. b) Grâce au balayage (Sweep) faire en sorte de visualiser tantôt des charges complètes, tantôt des charges incomplètes. c) Remplacer le condensateur de 22nF par une boîte de condensateurs de capacité variable et étudier qualitativement l effet des variations de C. d) Que faire pour visualiser le courant électrique au cours de ces charges et décharges? Réaliser l expérience. 4-4) Circuit R, L. a) On souhaite visualiser les charges et décharges en courant d un circuit R,L série alimenté par des créneaux de tension. Donner un schéma du montage et le réaliser celui-ci en prenant R = 0 kω et L =,4 H. b) Etudier le comportement du courant électrique dans un circuit RL série alimenté en sinusoïdal lorsque l on fait varier la fréquence. 5-Application 2 : circuits du second ordre On prend L = 42 mh, C = µf et R = 200 Ω. 5-) Régime sinusoïdal Voie 2 L C i Voie a) Réaliser le circuit ci-contre alimenté par e(t) sinusoïdal. b) Réaliser un balayage en fréquence avec une fréquence initiale de 20 Hz et une fréquence finale de 5000 Hz, visualiser e(t) et u R (t). e (t) = E m.cos(ωt) R u R tension à l image de i c) Commenter. 5-2) Créneaux de tension On prend L = 42 mh, C = µf et R = 20 Ω. Voie 2 R L i Voie a) Réaliser le circuit ci-contre où e(t) est un signal rectangulaire de fréquence assez faible pour pouvoir visualiser des charges et des décharges complètes du condensateur. e(t) C u c (t) b) Mesurer la pseudo période grâce aux curseurs et commenter le résultat.

6 C Le multimètre numérique - Présentation Un multimètre est un appareil électrique capable de mesurer les tensions et les courants en donnant tout aussi bien leurs valeurs moyennes que leurs valeurs efficaces. La plupart des multimètres ont aussi une fonction Ohmmètre, ils permettent donc une mesure de la résistance d un circuit «vue» entre les deux points sur lesquels est branché le Ohmmètre. Rappelons qu un ampèremètre doit être branché en série (entrée A ou ma et sortie COM) et un voltmètre doit être branché en parallèle (entrée V ou mv et sortie COM). Il existe 3 types de multimètres. Par exemple pour mesurer une tension, on peut utiliser : -un voltmètre analogique magnétoélectrique (appareil à aiguille). -un voltmètre numérique RMS (Root Mean Square). Ici le modèle AOIP. -un voltmètre numérique RMS (rue Root Mean Square). Ici le modèle Fluke. Les appareils analogiques, aujourd hui obsolètes, sont peu utilisés, nous ne les étudierons pas ici. Rappels : - La valeur moyenne d un signal périodique x(t) de période est < x >= x(t)dt = x moy 0 - La valeur efficace d un signal périodique x(t) de période est X eff = X = x²(t)dt = < x² > 0 2- Multimètre numérique RMS (Marque AOIP) Le signal physique est numérisé à l entrée de l instrument qui comporte donc un convertisseur analogique / numérique. Le signal x(t) est échantillonné et l instrument calcule une approximation de la valeur efficace de l ondulation : X effond = (x(t) x moy )² dt. 0 Sur AC ce type de multimètre mesure donc la valeur efficace (mesure notée X AC ) de l ondulation du signal. Sur DC ce type de multimètre mesure la valeur moyenne du signal (mesure notée X DC ce qui correspond à sa composante continue). Remarque : pour retrouver la valeur efficace vraie d un signal avec un dispositif RMS il faut faire l opération : X eff = 2 AC 2 DC X + X Notons que si le signal étudié est centré sur zéro, il n a pas de valeur moyenne et X eff = X AC. Enfin, signalons que si l on s intéresse à un signal continu, on utilisera toujours DC (la valeur du signal étant égale à sa valeur moyenne dans ce cas). 3- Multimètre numérique RMS (Marque Fluke) Il numérise le signal x(t) et calcule non la valeur efficace de l ondulation comme le RMS, mais sa véritable valeur efficace : X = x(t)²dt aussi appelée valeur efficace vraie. 0 Il faut avec le modèle dont nous disposons appuyer simultanément sur AC et DC Si on note X AC+DC la mesure obtenue en appuyant simultanément sur AC et DC nous avons donc, avec ce type d appareil : X eff =X AC+DC

7 Remarques : * Comme pour un RMS simple, sur DC ce type de multimètre mesure la valeur moyenne du signal (mesure notée X DC ce qui correspond à sa composante continue). * Comme pour un RMS simple, sur AC ce type de multimètre mesure la valeur efficace de l ondulation du signal (mesure notée X AC ). 4- Applications +5V 4- On travaille sur le signal ci contre (fréquence 500Hz) : a) Créer le signal et le visualiser à l oscilloscope. t b) Donner les valeurs théoriques de sa valeur moyenne, de la valeur efficace de son ondulation et de sa valeur efficace vraie. -2V c) Donner les valeurs pratiques de sa valeur moyenne et de la valeur efficace de son ondulation et de sa valeur efficace grâce au multimètre RMS. d) Donner les valeurs pratiques de sa valeur moyenne et de sa valeur efficace grâce au multimètre RMS. 4-2 On travaille sur le signal ci contre (fréquence 500Hz) : 4V a) Créer le signal et le visualiser à l oscilloscope. b) Donner les valeurs théoriques de sa valeur moyenne, de la valeur efficace de son ondulation et de sa valeur efficace vraie. V t c) Donner les valeurs pratiques de sa valeur moyenne et de la valeur efficace de son ondulation et de sa valeur efficace grâce au multimètre RMS.

8 d) Donner les valeurs pratiques de sa valeur moyenne et de sa valeur efficace grâce au multimètre RMS. 4-3 Valeurs efficaces mesurée par l oscilloscope numérique L oscilloscope numérique réalise des mesures et des calculs il peut donc lui aussi être considéré comme un voltmètre numérique. On veut savoir si l oscilloscope numérique travaille en RMS ou en RMS c est à dire s il indique la valeur efficace de l ondulation ou bien la valeur efficace vraie. a) Vérifier avec le signal ci-contre de fréquence 200 Hz. u e (V) t b) Vérifier avec le signal ci-contre : 3V u e V t

9 D La plaquette Labdeck - Présentation C est une plaque comportant des trous entre lesquels on peut positionner des dipôles ou des circuits plus complexes comme des amplificateurs opérationnels ou des multiplieurs par exemple. ous les trous situés sur une même demi-colonne (supérieure ou inférieure) sont reliés entre eux et sont donc au même potentiel, chaque demi-colonne est indépendante de toutes les autres (potentiels indépendants). ous les trous situés sur une ligne (supérieure ou inférieure ) sont reliés entre eux et sont donc au même potentiel. Chacune des 3 lignes est indépendantes des deux autres et de chacune des demi-colonnes. 2 lignes supérieures indépendantes l une de l autre Demi-colonnes de la partie supérieure Demi-colonnes de la partie inférieure Plaque Labdeck Une ligne inférieure 2- Positionnement de dipôles Exemple : on veut étudier le circuit ci dessous: Le câblage sur la plaque sera par exemple, le suivant : sortie CH CH2 000Ω 0 nf résistance condensateur masse oscillo masse oscillo voie oscillo voie 2 oscillo Applications : masse du Oscilloscope a) Vérifier la valeur de la résistance au multimètre puis réaliser le circuit et vérifier qu il fonctionne. b) Ajouter un potentiomètre en série avec la résistance et étudier l influence des variations de résistance. c) Etudier en régime sinusoïdal, la tension aux bornes du condensateur d un circuit RLC série où R est uniquement la résistance du potentiomètre et la résistance interne de la bobine (on enlève la résistance de 000Ω). On prendra L = 2,2 mh (composant de couleur bleue). d) Etudier cette même tension lorsque le circuit est alimenté par des créneaux de tension. On mesurera la pseudo période et le temps de relaxation dans le cas où la résistance du circuit est minimale. 3- Positionnement de circuits intégrés Ils sont positionnés de part et d autre des parties inférieure et supérieure afin que chaque connexion soit indépendante des autres. Exemple ci-contre: A.O Multiplieur Les deux lignes supérieures servent souvent pour l alimentation des circuits intégrés. Par exemple l une à +5V et l autre à 5V La ligne inférieure sert souvent de ligne de masse