DUT GEII - DUT 1 APPRENTISSAGE TRAVAUX PRATIQUES D ÉLECTRONIQUE

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1 DUT GEII - DUT 1 APPRENTISSAGE TRAVAUX PRATIQUES D ÉLECTRONIQUE TP1: NOTIONS DE BASE Objectifs du TP : 1. Prendre en main le matériel utilisé lors des séances de TP d électronique : Oscilloscope numérique Multimètre Générateur Basse Fréquence (GBF) 2. Connaitre les notions de temps/fréquence d un signal électrique et les relations qui les lient : Période d un signal (T en [s]) Fréquence d un signal ( f en [Hz]) Pulsation d un signal (ω en [rad/s]) 3. Connaitre les notions suivantes : Valeur maximale d une tension (V max ) Valeur efficace d un tension (V e f f ) Valeur crête à crête d une tension (V c c ) Valeur moyenne (V moy ) 4. Savoir déterminer une résistance équivalente pour des résistances en série et en parallèle 5. Savoir utiliser le pont diviseur de tension et le pont diviseur de courant 1 Préparation Considérons le signal périodique sinusoïdal v(t) représenté à la FIGURE 1. La période T de ce signal correspond à la durée en secondes mise par le signal pour répéter un même motif. Par définition, la fréquence f correspond à l inverse de la période ( f = T 1 ), la fréquence correspond donc au nombre de répétitions de ce même motif chaque seconde. Il est possible de superposer à l axe des abscisses temporelles un axe angulaire (en pointillé sur la FIGURE1). La pulsation ω correspond à une vitesse angulaire. Ainsi, un angle de 2π radians est parcouru en un temps T, ce qui correspond à une pulsation ω égale à 2π T : ω = 2π = 2π f (1) T La valeur maximale V max correspond logiquement à la valeur maximale atteinte par le signal à chaque période. La valeur crête à crête V c c correspond quant à elle à l écart entre valeur maximale et valeur minimale. La valeur efficace d une tension périodique correspond à la puissance que génèrerait 1

2 v(t)[v ] 2 π,25 2π,5 θ[rad] t[s] 2 FIGURE 1 Signal périodique un signal continu de même valeur 1. Le calcul d une valeur efficace est réalisé en utilisant la formule suivante : 1 T V e f f = v(t) T 2 dt (2) La valeur moyenne du signal v(t) sera calculée de la manière suivante : V moy = 1 T T v(t)dt (3) L expression du signal v(t) est la suivante : v(t) = V max sin(2π ft) (4) A l aide de la FIGURE 1 et des formules données, déterminer les valeurs numériques suivantes : T, f, ω, V max, V e f f, V moy et V c c. 2 Travaux pratiques 2.1 Montage 1 Le premier montage est représenté à la FIGURE A l aide des cordons BNC/BNC à disposition, relier la sortie principale du GBF (Main OUT)à l oscilloscope (voie CH1). 2. On souhaite générer un signal à l aide du GBF avec les caractéristiques suivantes : Signal : sinusoïdal Fréquence : f = 1 Hz Valeur maximale : V max = 5 V (bouton Amplitude) Valeur moyenne : V moy = 1 V (bouton Offset) 1. Ces aspects énergétiques seront vus dans le module Énergie du premier semestre GEII NÎMES 2 ANNÉE 217/218

3 Oscilloscope GBF CH1CH2 Main Out Cordon BNC/BNC FIGURE 2 Montage 1 3. De façon à visualiser correctement ce signal à l oscilloscope, pré-réglez la base de temps [s/div] et le calibre en tension de la voie CH1 [V /div]. Précisez ces réglages sur votre compterendu. 4. Faites appel à votre enseignant pour vérifier le montage. 5. Mesures à l aide de l oscilloscope : Pour cela, repérer sur la face avant du GBF les différents boutons permettant de régler les paramètres d un signal. Régler précisément l amplitude, la valeur moyenne et la fréquence du signal, observez celui-ci à l oscilloscope et mesurez ces paramètres à l aide du menu "Mesures". Déduire de la valeur de la fréquence f, la pulsation ω du signal. 6. Représenter le signal obtenu sur papier millimétré Repérer le niveau (la masse sur l écran de l oscilloscope) 8. Couplage de l oscilloscope : Appuyer sur le bouton CH1 de l oscilloscope Dans le menu disponible sur l écran de l oscilloscope, répérer l endroit où l on sélectionne le couplage de l oscilloscope 3 couplages sont possibles : CC, CA et Masse Tester successivement ces 3 couplages avec le signal envoyé sur la voie CH1. Quelles sont les différences entre ces 3 couplages? Représentez sur le graphe précédent le signal en couplage CA. Lorsque l on souhaite observer un signal en conservant toutes les caractéristiques de celuici, quel doit être le couplage choisi? 9. Modifier les réglages de votre GBF et de votre oscilloscope pour visualiser successivement les 2 signaux représentés à la FIGURE Montage 2 On souhaite rajouter au premier montage un multimètre afin de mesurer certaines caractéristiques du signal. Le deuxième montage est représenté à la FIGURE 4. Conserver les réglages du GBF imposés à la question 2 du montage Mesures à l aide du multimètre : (a) Nous souhaitons désormais mesurer les paramètres suivants à l aide du multimètre : V moy et V e f f. (b) Préciser les réglages à réaliser sur le multimètre pour déterminer ces caractéristiques. Quel calibre avez vous choisi? Pourquoi? 2. Il est impératif de faire figurer sur le graphe les axes, ce qu ils représentent, leurs unités ainsi que leurs échelles! GEII NÎMES 3 ANNÉE 217/218

4 v 1 (t)[v ] 2,5 t[ms] v 2 (t)[v ] (a) Signal triangulaire 1 1 t[µs] (b) Signal carré FIGURE 3 Nouveaux signaux Oscilloscope Multimètre GBF CH1 CH2 Main Out COM Cordons BNC/Fiches bananes FIGURE 4 Montage 2 (c) Lors de la mesure de la tension efficace, appuyer sur le bouton "AC+DC". Que se passe-til? Quelle est la différence entre ces 2 mesures? 2. Synchronisation de l oscilloscope : (a) Synchroniser l oscilloscope est impératif pour figer le signal et pour fixer une origine des temps (t = ). Pour synchroniser l oscilloscope, aller dans le menu TRIGGER. Sélectionner la voie CH1 comme source de synchronisation et une synchronisation sur front montant. (b) Le niveau de synchronisation est réglé à l aide de la molette. Actionner celle-ci. Le niveau correspondant est indiqué sur l oscilloscope par une flèche horizontale sur le côté droit de l écran. Que se passe-t-il lorsque ce niveau dépasse le niveau maximal (ou minimal) du signal? (c) Lorsque vous réglez la synchronisation, l origine des temps correspond à l instant où le signal périodique croise le niveau de déclenchement (sur le front que vous avez choisi). L origine des temps est indiquée par une flèche verticale, dirigée vers le bas, en haut de l écran. (d) Synchroniser l oscilloscope sur le signal généré par le GBF sur un front descendant à un niveau de 1V. Indiquer alors sur votre graphe précédent l origine des temps que vous venez d imposer. GEII NÎMES 4 ANNÉE 217/218

5 2.3 Montage 3 On s intéresse dans cette partie au montage représenté à la FIGURE 5. La tension U ac est imposée avec l alimentation stabilisée. On donne R 1 = 1 kω et R 2 = 2,2 kω. A I a R 1 U ac = 1 V b R 2 V c FIGURE 5 Montage 3 1. Réaliser le montage de la FIGURE 5 sur plaque Labdec. 2. Faites vérifier le montage par votre enseignant. 3. Mesurer la tension U bc. 4. A l aide de la loi d Ohm, donner l expression du courant I en fonction de la tension V bc et de la résistance R 2. Calculer alors la valeur du courant I. 5. A l aide de l ampèremètre, mesurer la valeur du courant I. Comparer alors à la valeur calculée précédemment. 6. A l aide du voltmètre, mesurer successivement les tensions U ab, U bc et U ac. Quelle est la relation liant ces 3 tensions? 7. A partir de la loi d Ohm,donner l expression de la tension U ab en fonction de R 1 et I. De même, donner l expression de la tension U bc en fonction de R 2 et I. 8. On définit une résistance équivalente (R eq ) à la mise en série de R 1 et R 2 telle que : U ac = R eq I En utilisant les relations trouvées aux question 6 et 7, déterminer l expression de cette résistance équivalente. 9. Rappeler l expression de la tension U bc en fonction de R 2 et I. De même, exprimer le courant I en fonction de U ac et R eq. 1. A partir des 2 relation de la question précédente, donner l expression de U bc en fonction de U ac, R 1 et R 2. Vérifier par le calcul que cette expression est correcte. 11. Par déduction, donner l expression U ab en fonction de U ac, R 1 et R 2. GEII NÎMES 5 ANNÉE 217/218

6 A I a I 1 I 2 U ab = 1 V R 1 R 2 b FIGURE 6 Montage Montage 4 On s intéresse dans cette partie au montage représenté à la FIGURE 6. La tension U ab est imposée avec l alimentation stabilisée. On donne R 1 = 1 kω et R 2 = 2,2 kω. 1. Réaliser le montage de la FIGURE 6 sur plaque Labdec. 2. Faites vérifier le montage par votre enseignant. 3. A l aide de l ampèremètre, mesurer le courant I. 4. De même, en déplaçant (hors tension!) l ampèremètre, mesurer successivement les courants I 1 et I Quelle est la relation liant I, I 1 et I 2? 6. Donner l expression de I 1 en fonction de U ab et R 1. De même, donner l expression de I 2 en fonction de U ab et R On définit une résistance équivalente (R eq ) à la mise en parallèle de R 1 et R 2 telle que : U ab = R eq I En utilisant les relations trouvées aux question 5 et 6, déterminer l expression de cette résistance équivalente. 8. Rappeler l expression du courant I 1 en fonction de U ab et R 1. De même, exprimer la tension U ab en fonction de I et R eq. 9. A partir des 2 relations de la question précédente, donner l expression de I 1 en fonction de I, R 1 et R 2. Vérifier par le calcul que cette expression est correcte. 1. Par déduction, donner l expression I 2 en fonction de I, R 1 et R 2. 3 Annexe : Matériel à disposition Le matériel à disposition lors des séances de travaux pratiques est rappelé à la FIGURE 7 : GEII NÎMES 6 ANNÉE 217/218

7 DUT 1 - S EMESTRE 1 S YSTÈMES É LECTRONIQUES (a) Oscilloscope (b) Générateur Basse Fréquence (c) Multimètre (d) Plaque Labdec (e) Alimentation continue F IGURE 7 Matériel à disposition GEII N ÎMES 7 A NNÉE 217/218