E11 L OSCILLOSCOPE, UN APPAREIL POUR VISUALISER DES TENSIONS ÉLECTRIQUES COMMENT VISUALISER UNE TENSION ALTERNATIVE ET PÉRIODIQUE?

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1 E11 L OSCILLOSCOPE, UN APPAREIL POUR VISUALISER DES TENSIONS ÉLECTRIQUES COMMENT VISUALISER UNE TENSION ALTERNATIVE ET PÉRIODIQUE? Objectifs Mesurer avec un oscilloscope la valeur maximale et la période d une tension alternative Connaître la définition de la fréquence d une tension périodique et son unité Mesurer la valeur efficace d une tension Connaître les caractéristiques de la tension du secteur Caractérisation d une tension périodique (rappel) La période : La période est notée T, c est la durée correspondante à un motif élémentaire, elle s exprime en seconde. La fréquence La fréquence est notée f, elle représente le nombre de périodes par seconde, elle s exprime en hertz (symbole : Hz). C est l inverse de la période. Elle se calcule par la relation : La tension maximale La tension maximale U max est la plus grande valeur de la tension, elle s exprime en volt. Visualisation d une tension périodique avec un oscilloscope Une tension peut être visualisée avec un oscilloscope. Utilisons cet appareil pour déterminer les caractéristiques de la tension délivrée par le générateur du collège. I. Fonctionnement de l oscilloscope L oscilloscope est un appareil de mesure équipé d un écran. Sur cet écran, une trace lumineuse décrit des courbes de différentes formes.

2 L élément essentiel de l oscilloscope est un tube dans lequel on fait le vide et qui comporte 4 dispositifs permettant : 1. la production d un faisceau d électrons 2. la déviation du faisceau 3. la visualisation d une tache : le spot 4. le balayage du spot Le balayage du spot : c est un dispositif interne qui permet d obtenir le déplacement horizontal du spot de gauche à droite de l écran à vitesse constante. On peut régler la vitesse du balayage. II. Mesure d une tension continue à l aide d un oscilloscope Simulation oscilloscope Sans balayage Touche YA enfoncée, spot au centre, sensibilité YA = 5 V/div (1 division correspond à 1 carreau). Relier les entrées YA (rouge) aux bornes - et + du générateur continu. Positionner la voie YB sur DC. On allumer l oscilloscope «Bouton ON», 1. a Placer le générateur en position 6 V Observer : En position 6 V, le spot monte de 1.2 divisions. Dessiner : Représenter en rouge ce que vous voyez à l'écran. Calculer la valeur de la tension : sensibilité = 5 V/div déviation du spot = 1.2 div U = sensibilité x déviation U 1 = 5 x 1.2 = 6 V 1. b Placer le générateur en position 12 V. Observer : En position 12 V, le spot monte de 2,4 divisions. Dessiner : Représenter en rouge ce que vous voyez à l'écran. Calculer la valeur de la tension : sensibilité = 5 V/div déviation du spot = 2,4 div U2 = 5 x 2,4 = 12 V

3 1. c Compléter: La déviation du spot est proportionnelle à la tension appliquée. 1. d Influence du choix de la sensibilité. La tension est mesurée entre les deux bornes du générateur placé en position 7 V Sensibilité Nombre de divisions 02 V/div 05 V/div 10 V/div 20 V/div Valeur de la division Tension calculée Observations Conclusion : Il faut choisir la sensibilité pour que la déviation du spot soit la plus grande possible pour obtenir la meilleure précision possible. 2. a Toujours en position 6V, inverser les fils à la sortie du générateur. Observer l'écran et représenter : En rouge, la position du spot avant l'inversion des fils. En bleu, la position du spot après l'inversion des fils. 2.b / Compléter. Lorsqu' on inverse le sens de branchement des fils aux bornes d'un générateur de courant continu, le spot se déplace verticalement par rapport à l'axe horizontal 3. Conclusion. L oscilloscope permet de mesurer une tension comme un voltmètre. Cette tension se lit sur l'axe vertical. Avec balayage Déconnecter le générateur. Touche YA enfoncée, spot au centre, Régler le balayage sur 0,5 s/div. Que constate-t-on sur l'écran? le déplacement du spot Placer le bouton de balayage successivement sur 0,1 s/div, 50 ms/div, 20 ms/div,... tout en observant l'écran. Que constate-t-on sur l'écran? le déplacement du spot devient de plus en plus rapide jusqu à l obtention d une droite horizontale L' indication du bouton de balayage donne le temps correspondant à un déplacement horizontal du spot de 1division (sensibilité horizontale). Si le repère du bouton indique 50 ms, combien faut-il de temps au spot pour traverser l'écran? 50 x 10 = 500 ms soit 0,5 s Combien de fois pourra-t-il traverser l'écran à chaque seconde (on néglige le temps de retour)? 2 fois Complète le tableau ci-dessous Balayage 0,1 ms 2 ms 5 ms 20 ms Durée d une traversée en ms en s Nombre de fois que le spot traverse l écran 0.1 x 10 = 1 ms 0,001 s x 10 = 20 ms 0,02 s 50 5 x 10 = 50 ms 0,05 s x 10 = 200 ms 0,2 s 5

4 Placer le générateur en position 5 V Sensibilité verticale = 5 V/div Sensibilité horizontale = 10 ms /div 2. a Dessiner en rouge ce que l'on voit à l'écran. On en déduit que : la valeur de la tension ne varie pas au cours du temps : elle est constante on dit que la tension est continue 2. b On inverse les fils à la sortie du générateur. dessiner en bleu ce que l'on voit à l'écran. 3. Conclusion. En mode balayage, le temps se lit sur l'axe horizontal. III. Je retiens L oscilloscope permet de visualiser la variation d une tension au cours du temps Une tension continue ne change pas de signe au cours du temps. Tracer l'axe des temps en vert. Tracer l'axe des tensions en bleu. III. Mesure d une tension alternative à l aide d un oscilloscope Touche YA enfoncée, spot au centre, sensibilité verticale = 100 V/div, sensibilité horizontale : 5 ms/div Relier les entrées YA (rouge) aux bornes phase et neutre de la prise de secteur (générateur alternatif). Positionner la voie YB sur AC. On allumer l oscilloscope «Bouton ON» Sans balayage Avec balayage Conclusion : Une tension alternative change de signe au cours du temps On obtient une sinusoïde Comment calculer les caractéristiques d une tension alternative à partir de son oscillogramme?

5 Calcul de la tension maximale: On compte le nombre de division verticale : ici 2 On lit la sensibilité verticale : ici 2 V/DIV Puis on calcule : Umax = 2 x 2 = 4 V Calcul de la période puis de la fréquence On compte le nombre de division horizontale correspondant à une période : ici 4 On lit la sensibilité horizontale : ici 0,5 ms/div Puis on calcule la période: T = 4 x 0,5 = 2 ms soit s On en déduit ensuite la fréquence : 1 f = = 500 Hz Je retiens : Un oscilloscope permet de visualiser une tension périodique et d en mesurer la valeur maximale et la période T. Les tensions périodiques peuvent être de différentes formes La fréquence f correspond au nombre de périodes par seconde :, f s exprime en Hertz (Hz) et T en seconde. La tension du secteur est sinusoïdale de fréquence 50 Hz Valeur efficace d une tension sinusoïdale

6 Si on mesure, la valeur de la tension aux bornes d un générateur : le voltmètre indique une valeur constante qui est appelée tension efficace, notée U eff L oscilloscope permet de mesurer la tension maximale U max Existe-il une relation entre la tension efficace et la tension maximale? A l aide du «Simulation oscilloscope» Mesurer la tension efficace et la tension maximale de 2 tensions alternatives différentes : Générateur de tension alternative Prise du secteur Générateur TBF U MAX 325 V 2.7 V U EFF 230 V 1.9 V Rapport U max Ueff Que remarquez-vous? La tension efficace mesurée par un voltmètre est proportionnelle à la tension maximale mesurée par un oscilloscope U eff = 20 : 1,4 = 14,2 V

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