Chapitre 3 : L oscilloscope, instrument de mesures et de traçage de tensions

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1 Chapitre 3 : L oscilloscope, instrument de mesures et de traçage de tensions Un oscilloscope est un appareil permettant de tracer et visualiser automatiquement n importe quelle tension en fonction du temps. 1/ Description de l oscilloscope Oscillogramme : C est la courbe de tension en fonction du Réglage des positions horizontales et verticales de la courbe. Sélecteur de tension : AC : alternative DC : alternative et continue Gnd : Réglage du «zéro». Balayage : Enclenché : On Eteint : OFF Réglage de l intensité lumineuse du spot. Interrupteur Sensibilité verticale S V : C est le nombre de volt par carreau en vertical. Ici : 1 carreau représente 2 V Balayage S h : C est le nombre de seconde ou milliseconde par carreau en horizontal. Ici : 1 carreau représente 1 ms Générateur Basse fréquence 2/ Mesures à l oscilloscope Dans poste de travail Commun Travail 3eme electricite LEPAROUX, ouvre l animation «oscilloscope réglage» 1/ Clique sur le bouton marche. La courbe n est pas centrée. On dit que le «zero n est pas fait». Pour le faire : Clique sur «Gnd» puis sur le bouton de réglage «Ypos» afin de la recentrer au milieu de l écran. Remets le sélecteur de tension en position «DC» 2/ Question : Que représentent chaque axe de l oscilloscope : Tension Unité : V ou mv Temps Unité : s ou ms ou µs

2 3/ Qu observes-tu quand un générateur de tension continu (PILE) est branché SANS balayage (OFF) AVEC balayage (ON) 4/ Qu observes-tu quand un GBF est branché SANS balayage (OFF) AVEC balayage (ON) 5/ Branche un générateur de tension continu (PILE) de 9V à l oscilloscope. Quel est la meilleure sensibilité verticale S v (V/Div) pour regarder le signal? 5 V/div Dessine l oscillogramme correspondant ci-dessous : Explique pourquoi lorsque tu mets une sensibilité verticale de 2 V /div, le spot disparait de l écran? Avec 2 V /div, le spot monte jusqu à 4,5 carreaux. Or l écran est limité à 4 carreaux. Il est donc hors de l écran. 6/ Branche un GBF avec une tension de 6 V et une fréquence de 50 Hz. Quelle est la sensibilité verticale S v la plus adaptée (V/div)? 2 V/div Quelle est la sensibilité verticale S v la plus adaptée (durée / div)? 5ms/div T U max Dessine l oscillogramme correspondant

3 Mesure de la période T à l oscilloscope : T = Nombre de grands carreaux horizontaux entre deux points qui se répètent x durée d un carreau (durée / div) T = 4 x 5 ms T = 20 ms Mesure de la tension maximale Umax U max = Nombre de carreaux verticaux du pic de la courbe x nombre de Volts par division (V/Div) U max = 3 x 2 V U max = 6 V Vérification : Mesure de la période T à partir de la fréquence (faire le calcul) T = f = = 0,02 s = 20 ms (on retouve la même chose) 7/ Branche un GBF de tension 3 V et de fréquence 830 Hz. Quelle est la sensibilité verticale S v la plus adaptée (V/div)? 1 V/div Quelle est la sensibilité verticale S v la plus adaptée (durée / div)? 200 µs/div = 0,2 ms/div Dessine l oscillogramme correspondant Mesures : T = 6 x 200 µs= = 1200 µs = 1,2 ms U max = 3 x 1 V = = 3 V T = f Vérification de T par le calcul : = = 0,0012 s 8/ Application : On donne les oscillogrammes suivants : Réglages : 2 V/div - 1 ms/div Mesures La période T = 5 x 1 ms = 5 ms Réglages : 1 V/div - 0,5 ms/div Mesures La période T = 4 x 0,5 ms = 2 ms La tension maximale U max = 2,5 x 2 V = 5 V La tension maximale U max = 3 x 1 V = 3 V La fréquence f = T = = 200 Hz, La fréquence f = T = = 500 Hz,

4 Umax (en V) 3/ Tension efficace U eff VS Tension maximale U max : Quel lien entre les deux? On peut mesurer une tension alternative et périodique avec deux appareils : OU Oscilloscope Mesure une tension maximale U max Voltmètre en alternatif Mesure une tension efficace U eff Voici un tableau de mesures : Tension efficace U eff (avec un voltmètre) 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Tension maximale U max (avec un oscilloscope) 0 1,4 2,8 4,2 5,6 7,0 8,4 9,8 11,2 1/ Y-a-t-il proportionnalité entre U max et U eff? Si oui, quel est le coefficient de proportionnalité? Oui, on passe de Ueff à Umax en multipliant par 1,40 environ 2/ Trace sur Libreoffice la courbe Umax en fonction de Ueff et détermine l équation de la courbe tracée. Trace l aspect de la courbe sur le papier quadrillé ci-dessous. (utilise le tutoriel fait par ton prof) Courbe Umax en fonction de Ueff 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 f(x) = 1,4x - 0,0 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 Ueff (en V) 3/Quelle est alors la relation mathématique entre U max et U eff? Peut-on dire que la relation Umax = Ueff x valable? est Umax = Ueff x 1,4 Umax = Ueff x est bien vérifié puisque = 1,41 environ

5 Doc 1 : Placement des électrodes sur le corps Doc 2 : Electrocardiographe et électrocardioscope Doc 3 : Electrocardioscope Au cours d une opération, l électrocardioscope permet de suivre l'activité électrique du cœur du patient en fonction du temps. L enregistrement s effectue à l aide d électrodes (doc 1). On étudiera le rythme cardiaque du patient sur le document 3! 1/ Quel est le chiffre du rythme cardiaque? 120 2/ A quoi correspond le nombre apparaissant sur l'écran? 120 : C est le nombre de battements en 1 minute. 3/ Comment fais-tu pour mesurer ton pouls? Avec des électrodes posées sur le corps, on mesure l activité électrique du cœur. Sinon, avec un doigt posé sur une veine, cela marche aussi. 4/ Qu est-ce que le rythme cardiaque? (étudié en EPS et en SVT) C est l activité électrique du cœur. 5/ De quelle grandeur parle-t-on quand on évoque un nombre par unité de temps (le nombre de fois qu un phénomène a lieu par unité de temps)? Période T Fréquence f Tension maximale U max 6/ Comment s appelle la courbe sur l écran, que l on peut aussi imprimer sur du papier (doc 2)? C est l électrocardiogramme 7/ L axe vertical de l écran de l électrocardioscope représente Une tension U en volt Un temps t en s Une intensité I en ma Une tension U en millivolt 8/ L axe horizontal de l écran de l électrocardioscope représente Une intensité I en ma Une tension U en millivolt Une tension U en volt Un temps t en s 9/ Quelle est la valeur d un carreau vertical? 0,5 mv / carreau 10/ Quelle est la valeur d un carreau horizontal? 0,25 s / carreau 11/ Avec quel appareil avons-nous déjà rencontré ce genre de courbes? Avec l oscilloscope 12/ La tension électrique du cœur est-elle périodique? Si oui alors donne la valeur de la période T en s. Oui, elle est périodique car un motif élémentaire se répète identiquement dans le temps. T = 2 x 0,25 s = 0,5 s 13/ Quelle est la valeur de la fréquence cardiaque, déduite de la mesure de la période T? f = = 1/0,5 = 2 Hz T 14/ Quelle est la valeur pic à pic de la tension produite par le cœur? 2,5 carreaux x 0,5 mv = 1,25 mv 15/ Pourquoi l appareil affiche-t-il alors le chiffre 120? f = 2 Hz soit deux battements en 1 s 120 battements en 60 s = 1 min.

6 Exercice sur le chapitre 3 : L oscilloscope Exercice 1 : Sur un adaptateur, on a les indications suivantes : 230 V~ ; 50 Hz ; 9 W ; 7, V =. Exercice 2 : Sur Pour obtenir l oscillogramme ci-dessous, l élève a réglé la sensibilité verticale sur 15 V / div et le balayage sur 5 ms/div. 1/ Quelle est la valeur efficace U eff de la tension du secteur? 230 V 2/ Quelle est sa fréquence f? 50 Hz 3/ Cet appareil est-il adapté à la tension du secteur? Oui, puisque on voit 230 V alternatif, caractéristique de la tension du secteur. 4/ Quel type de tension va délivrer cet adaptateur? Indiquer les différentes valeurs possibles. Une tension continue de 7,5 V, ou 9 V ou 12 V Exercice 3 : 1/ Quelle est la valeur efficace U eff de la tension du secteur en France? 230 V 2/ Calcule sa valeur maximale U max? U max = 230 x = 324 V 3/ Quelle est la valeur de la fréquence f de la tension du secteur en France? f = 50 Hz 4/ Calcule la période T à partir de cette fréquence f. F = T = = 0,02 s 5/ Aux USA, la tension du secteur n est pas la même : U max = 169 V et f = 60 Hz 1/ Quelle est la période T de cette tension? 5 x 5 ms = 25 ms 2/ Calcule sa fréquence f à partir de T? f = 1/T = 1/0,025 = 40 Hz 3/ Quelle est la valeur maximale U max de cette tension? Umax = 3 x 15 V = 45 V 4/ Quelle est la valeur U min de cette tension? Umin = 3 x (-15 V) = - 45 V Exercice 4 : a/ Calcule la période T : T = f = = 0,017 s b/ Calcule la tension efficace Ueff : Ueff = 169/ = 120 V Exercice 5 : On a représenté 4 oscillogrammes avec le même balayage (0,5 ms /div) et la même sensibilité verticale (2 V/div) 1/ Quels sont les deux «oscillogrammes» à présenter la même tension maximale U max? Mesure-là : 3 et 4 6 V 2/ Quels sont les deux «oscillogrammes» à présenter la même période? Mesure-là. 1 et 3 5 x 0,5 ms = 2,5 ms 3/ Pour l oscillogramme n 2, si on avait réglé la sensibilité verticale sur 5 V /div, quel aurait été l aspect de l oscillogramme. Dessine-le sur l écran. Cette tension délivrée par un GBF a pour caractéristiques : U max = 8 V ; T = 0,6 s 1/ Calcule la fréquence f à partir de T : f = = 1,7 Hz, 2/ Sur quelle sensibilité verticale (V/div) a-t-on réglé l oscilloscope? 2 V /div 3/ Que quel balayage (s/div) a-t-on réglé l oscilloscope? 0,1 s / div Oscillogramme n 1 Oscillogramme n 2 Oscillogramme n 3 Oscillogramme n 4 Oscillogramme (5 V / div)