Objectifs: ( livre ch10 p )

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1 CH10: L'oscilloscope Les exercices Tests ou " Vérifie tes connaissances " de chaque chapitre sont à faire automatiquement sur le cahier de brouillon pendant toute l année. Tous les schémas d'électricité sont à réaliser uniquement au crayon et à la règle. Noter dans le cahier de texte pour la séance prochaine: A lire Documents pages 149 ; Cahier de brouillon :exercices tests de 1 à 8 p154 ( solutions p251 ). Cahier d exercices :9,10,11, 12, 13,14,16,17,18,19 et 20 p Objectifs: ( livre ch10 p ) *Mesurer à l'oscilloscope une tension & une période. *Connaître la relation entre période et fréquence. *Savoir ce que signifie «tension efficace» * Connaître les caractéristiques de la tension du secteur.

2 I ) L OSCILLOSCOPE. A ) Rôle. L oscilloscope sert à visualiser les tensions [ continues(cc,dc,= ), alternatives (CA,AC, ) ou quelconques ]. Il est le seul appareil électrique à mesurer directement la valeur maximale U M d une tension alternative. Il existe plusieurs types d oscilloscope. -Mono-voie ( mono-courbe): Une seule entrée ( Y A, A, I ) une courbe. -Bi-voies : Deux entrées [( Y A, A, I ) ;( Y B, B, II )]deux courbes ( bi-courbe). L oscilloscope peut remplacer simultanément deux voltmètres : V 1 Y A, V 2 Y B et COM masse,gnd.

3 B) Les fonctions de l'oscilloscope.( FM p 149 ) A A 7A 7B 9 8B 5 10B 1 Interrupteur Marche-Arrêt et lampe témoin. Réglage de luminosité du spot. Réglage de concentration (focalisation). Centrage HORIZONTAL (ou centrage X) du spot 3 4 et des 2 traces A&B 5 Sensibilité horizontale S H,base de temps étalement horizontal en s/div 6 Choix de l'affichage des courbes : voie A seule, mode XY, voies A et B, voies A+B additionnées en une seule courbe, voie B seule. 7 Centrage VERTICAL (ou centrage Y) des deux voies A et B. 8 Calibre vertical (ou GAIN) des voies verticales (A B) en V/div. :S v 9 Touche d'inversion de signe de la tension 10 Type de tension applicable à la voie : AC: tension alternative seule DC : tension continue. GND : mise à 0 de la tension appliquée à la voie 11 Entrée de la voie A, I, Y A. A l aide d une fiche BNC. 2

4 C) Réglages préliminaires. 1) Tous les boutons doivent être sortis. Les boutons VAR doivent être placés en bout de course à droite. 2) Placer le commutateur ou sélecteur de mode 10 sur la masse ou GND,0). 3) Mettre le bouton marche/arrêt 1 sur ON,la DEL s allume. 4) Si rien n apparaît sur l écran: * ajuster l intensité lumineuse du spot 2 ou la focalisation 3 * régler le centrage vertical ou horizontal 7 4 5) Placer le spot sur l axe des temps, il doit passer par l origine. 6) Selon la nature de la tension, placer le commutateur 10 : * DC pour une tension continue. * AC pour une tension alternative. La courbe obtenue sur un oscilloscope s appelle oscillogramme

5 II) Observation d'une tension continue ( DC ). A) Division et graduation ( oscillogramme1 ). On choisit la plus grande Sensibilité Horizontale ( S H ) ou base de temps. ( TIME / DIV ) : S H = 50 ms / DIV = 0,050s / DIV ( le point lumineux met 50 ms ou 0,05s pour traverser une division ). On règle la Sensibilité Verticale ( S V ) ou Amplification verticale. Oscillogramme1 ( VOLT / DIV ) S V = 2V/DIV ; une division verticale lui correspond :1DIV 1x2V= 2V Quatre divisions :4DIV 4x2V = 8V 4DIV Moins trois divisions: -3DIV -3x2V= -6V ( signe!) Chaque division est divisée en 5petites graduations : 1DIV = 5 graduations 1grad = 0,2DIV Trois divisions et trois graduations: 3,6DIV 3,6 x2v 3DIV + 3 x 0,2DIV= 3,6 DIV 7,2V En mode sans balayage et même avec balayage, on ne tient pas compte de S H dans le calcul de la tension! 0 3,6DIV 1DIV -3DIV

6 B) Mode sans balayage ( oscillogramme2 ). On veut mesurer la tension du générateur du collège. U = 6V ( DC). Quand on applique la tension le spot est dévié verticalement d une valeur Y proportionnelle à la valeur de la tension mesurée. oscillogramme3 oscillogramme2 Y = 3DIV, S V = 2V/DIV Y=-3DIV Y=3DIV U= 2 x 3 = 6V U= S V xy S V = Y U U S V x Y Y = Si on inverse les bornes on obtient un point symétrique. C) Mode avec balayage ( oscillogramme3 ). On diminue S H ( TIME / DIV ) jusqu à obtenir une droite lumineuse. S H = ms/div. La valeur de la tension reste la même. U= S V x Y Si on inverse les bornes on obtient une droite symétrique. U SV

7 III) Observation d'une tension alternative sinusoïdale ( AC ). A) Mode avec balayage 1) Influence de la sensibilité verticale S V ( V/DIV ) α) On se propose de représenter une tension alternative (sinusoïdale) de valeur maximale ou amplitude U M =4V et de fréquence f = 50 Hz. On choisit S v = 1V/DIV ( S. verticale) et S H =5ms/DIV) ( S.Horizontale) On obtient l oscillogramme 4. Repérer les valeurs maximales,tracer au crayon deux droites parallèles. Reproduire au crayon la courbe obtenue sur l oscillogramme 4. oscillogramme4 U M = S V x Y Y=4DIV U S = 1V/DIV M V U M U M 1V/DIV Y = 4DIV5ms/DIV U M = 1 x 4 U M = 4 V AC -U M -U M 4V

8 β) On ne touche pas aux réglages du GTBF : U M =4V et f = 50 Hz. On garde S H =5ms/DIV) ( S.Horizontale) et on change S v = 2V/DIV On obtient l oscillogramme 5. oscillogramme5 2V/DIV AC 5ms/DIV Y -Y 4V Si S V est multiplié par un nombre ( 2 ),Y est divisé par le même nombre ( 2 ) Y = 4 / 2 = 2 La tension maximale U M = S v x Y U M = 2 x 2 = 4 V

9 γ) On ne touche toujours pas aux réglages du GTBF :U M =4V et f = 50 Hz. On garde S H =5ms/DIV) ( S.Horizontale) et on change S v = 5V/DIV On obtient l oscillogramme 6. oscillogramme6 5V/DIV AC 5ms/DIV Y -Y 4V Si S V est multiplié par un nombre ( 2,5 ), Y est divisé ( 2,5 ); 4 / 2,5 = 0,8 La tension maximale U M = S v x Y U M = 5 x 0,8 = 4 V

10 2) Influence de la sensibilité horizontale S H ( ms/div ) α) On se propose de représenter une tension alternative (sinusoïdale) de valeur maximale ou amplitude U M =4V et de fréquence f = 50 Hz. On choisit S v = 1V/DIV ( S. verticale) et S H =5ms/DIV ( S.Horizontale) On obtient l oscillogramme 7. La période T s étale sur 4 divisions horizontales; X = 4DIV T = S H x X S = 5ms/DIV H 1V/DIV X = 4DIV AC 4V 5ms/DIV T = 5 x 4 T = 20 ms = 0,02 s Vérification f = 1/T = 1/0,02 f = 50 Hz oscillogramme7 X = 4DIV X = 4DIV

11 β) On ne touche pas aux réglages du GTBF : U M =4V et f = 50 Hz. On garde S V =1V/DIV) ( S.Verticale) et on change S H = 2ms/DIV On obtient l oscillogramme 8. La période T s étale sur 10 divisions horizontales; X = 10DIV oscillogramme8 T = S H x X S = 2ms/DIV H 1V/DIV X = 10DIV AC 4V 5ms/DIV T = 2 x 10 T = 20 ms = 0,02 s Vérification f = 1/T = 1/0,02 f = 50 Hz X = 10DIV Si S H est divisé par un nombre ( 2,5 ), X est multiplié ( 2,5 ); 4 x 2,5 = 10 La période T= S H x X. T = 2 x 10 = 20ms=0,02s

12 γ) On ne touche pas aux réglages du GTBF : U M =4V et f = 50 Hz. On garde S V =1V/DIV) ( S.Verticale) et on change S H = 10ms/DIV On obtient l oscillogramme 9. La période T s étale sur 2 divisions horizontales; X = 2DIV oscillogramme9 T = S H x X S = 10ms/DIV H 1V/DIV X = 2DIV AC 4V 10ms/DIV T = 10 x 2 T = 20 ms = 0,02 s Vérification f = 1/T = 1/0,02 f = 50 Hz X = 2DIV Si S H est multiplié par ( 2 ), X est divisé par ( 2 ); 4 / 2 = 2 La période T= S H x X. T = 10 x 2 = 20ms=0,02s

13 III) Observation d'une tension alternative sinusoïdale ( AC ). B) Mode sans balayage ( U M ; U eff ) On se propose de représenter une tension alternative (sinusoïdale) de valeur maximale ou amplitude U M =4V et de fréquence f = 50 Hz. On choisit S v = 1V/DIV ( S. verticale) et S H =50ms/DIV) ( S.Horizontale) On obtient l oscillogramme 10. oscillogramme10 1V/DIV AC 4V 50ms/DIV U CC =2xS V xy U M =U CC / 2 Y=4DIV Y=-4DIV U CC est la tension crête à crête = deux fois la tension maximale U M

14 IV) Utilisation du simulateur O.V.A.O A) Tensions continues avec balayage. Voie A: U 1 = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2 = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) DUAL : U 1 et U 2 ADD : U 1 et U 2 XY : U 1 et U 2 Oscillogramme 11 B) Tensions alternatives de même fréquence avec balayage. f = 50Hz S H = 5ms/DIV ) Voie A: U 1M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2M = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) Oscillogramme 12 DUAL : U 1M et U 2M ADD : U 1M et U 2M XY : U 1M et U 2M Oscillogramme 13

15 IV) Utilisation du simulateur O.V.A.O A) Tensions continues avec balayage. Oscillogramme 11: Voie A: U 1 = 4V; S V1 = 2V/DIV U 4 S2 V Y 1 = 2DIV Y 1 = 2DIV

16 A) Tensions continues avec balayage. Oscillogramme 11 Voie B: U 2 = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) U6 S5 V Y 2 = 1,2DIV Y 2 = 1,2DIV

17 A) Tensions continues avec balayage. Oscillogramme 11 DUAL : Voie A: U 1= 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2 = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) : Y 1 = 2DIV : Y 2 = 1,2DIV U 1 = 4V Y 1 = 2DIV U 2 = 6V Y 2 = 1,2DIV

18 A) Tensions continues avec balayage. ADD Voie A: U 1= 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2 = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) Oscillogramme 11 : Y 1 = 2DIV Y3 = 3,2DIV : Y 2 = 1,2DIV U 3 = 10V Y 3 = 3,2DIV

19 A) Tensions continues avec balayage. XY Voie A: U 1= 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2 = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) Oscillogramme 11 : X = 2DIV : Y = 1,2DIV X= 2DIV;U 1 = 4V Y= 1,2DIV U 2 = 6V

20 B) Tensions alternatives de même fréquence avec balayage. Oscillogramme 12 f = 50Hz,S H = 5ms/DIV ) Voie A: U 1M = 4V ; ( S V1 = 2V/DIV ) T = S H x X Y 1 = 2DIV X = 4DIV ;S H = 5ms/DIV. T = 5 x 4 T = 20ms T = 0,02s f = 1/T f = 1/0,02 f = 50Hz Y 1 = 2DIV X = 4DIV

21 B) Tensions alternatives de même fréquence avec balayage. Oscillogramme 12 f = 50Hz, S H = 5ms/DIV ) Voie B: U 2M = 6V ; ( S V1 = 5V/DIV ) Y 2 = 1,2DIV T = S H x X X = 4DIV ;S H = 5ms/DIV. T = 5 x 4 T = 20ms T = 0,02s f = 1/T Y 2 = 1,2DIV f = 1/0,02 f = 50Hz X = 4DIV

22 B) Tensions alternatives de même fréquence avec balayage. Oscillogramme 12 f = 50Hz S H = 5ms/DIV ) DUAL : U 1M et U 2M Voie A: U 1M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2M = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) Y= 1,2DIV U 2M = 6V U 1M = 4V X= 2DIV; X = 4DIV

23 B) Tensions alternatives de même fréquence avec balayage. Oscillogramme 13 f = 50Hz S H = 5ms/DIV ) ADD : U 1M + U 2M Voie A: U 1M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2M = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) U M = 10V Y= 3,2DIV X= 4DIV;

24 B) Tensions alternatives de même fréquence avec balayage. Oscillogramme 13 f = 50Hz S H = 5ms/DIV ) XY : U 1M et U 2M Voie A: U 1M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2M = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) U 1M = 4V X= 2DIV; Y= 1,2DIV U 2M = 6V

25 C) Tension continue U 1 et une tension alternative U 2M avec balayage. f = 50Hz Voie A: U 2M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 1 = 10V ( S V2 = 5V/DIV ) Oscillogramme 14 DUAL : U 1 et U 2M S H = 5ms/DIV U 1 Voie B DUAL U 2M Voie A

26 C) Tension continue U 1 et une tension alternative U 2M avec balayage. f = 50Hz S H = 5ms/DIV Voie A: U 2M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 1 = 10V ( S V2 = 5V/DIV ) ADD : U 1 + U 2M Oscillogramme 15 ADD

27 C) Tension continue U 1 et une tension alternative U 2M avec balayage. f = 50Hz S H = 5ms/DIV Voie A: U 2M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 1 = 10V ( S V2 = 5V/DIV ) XY : U 1 et U 2M Oscillogramme 15 XY

28 D) Tensions alternatives de fréquences différentes avec balayage. S H = 5ms/DIV = 50Hz = 100Hz f 1 f 2 Voie A: U 1M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2M = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) DUAL : U 1M et U 2M Oscillogramme 16

29 D) Tensions alternatives de fréquences différentes avec balayage. S H = 5ms/DIV = 50Hz = 100Hz f 1 f 2 Voie A: U 1M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2M = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) ADD : U 1M et U 2M Oscillogramme 17

30 D) Tensions alternatives de fréquences différentes avec balayage. S H = 5ms/DIV = 50Hz = 100Hz f 1 f 2 Voie A: U 1M = 4V ( S V1 = 2V/DIV ) Voie B: U 2M = 6V ( S V2 = 5V/DIV ) XY : U 1M et U 2M Oscillogramme 17

31 E) Tension délivrée par une génératrice de bicyclette. Oscillogramme 18 N 1 = 500 tours/minute S H = 5ms/DIV S V = 2V/DIV

32 E) Tension délivrée par une génératrice de bicyclette. Oscillogramme 19 N 1 = 1000 tours/minute S H = 5ms/DIV S V = 2V/DIV

33 E) Tension délivrée par une génératrice de bicyclette. Oscillogramme 20 N 3 = 2000 tours/minute S H = 5ms/DIV S V = 2V/DIV