Séance de TP n 2 du jeudi 10 décembre Manipulation Pré-requis Montages liés. Electrocinétique, modulation d amplitude diagramme de bode

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1 Tavaux Patiques Pépaation à l agégation intene de Sciences Physiques Séance de TP n du jeudi 10 décembe 009 Manipulation Pé-equis Montages liés Etude d un cicuit passif passe bas application à la détection synchone Etude d un filte passe bande de Salen Key mise en évidence de l instabilité du montage hage d un condensateu à couant constant ode de melde Machine tounante Electocinétique, modulation d amplitude diagamme de bode Electocinétique Système linéaies et non linéaies, diagamme de bode Electocinétique Mécanique du solide : otation d un solide autou d un axe fixe montage 15 filte actif et passif, montage 18 modulation démodulation montage 1 filtes linéaie montage 15 filtes actifs et passifs, montage 14 oscillations électique auto entetenues montage 1 filtes linéaies montage montage 7 condensateu montage 9 ésonance, montage 8 ondes stationnaies, montage mesue de longueu d onde leçon 0 Vibations tanssales su une code Montage 1 dynamique newtonienne Leçon 3 Enegie mécanique d un système matéiel Leçon 6 otation d un solide autou d un axe dont la diection est fixe Vous pouz téléchage l ensemble des documents elatifs aux montages (potocoles et exemples d acquisitions) à l adesse suivante : emaque : L ensemble des manipulations poposées ci-dessous seont difficilement éalisables dans leu ensemble, duant la séance de TP de duée top limitée. - evoi la théoie pou chaque manipulation vous pemetta de gagne du temps. - Vous pouz faie un choix et ne éalise que cetaines des expéiences et mutualise vos ésultats et commentaies ac les autes collègues en fin de séance. 1

2 Tavaux Patiques Pépaation à l agégation intene de Sciences Physiques Manipulation 1 Etude du filte passe bas, application à la détection synchone Biblio : expéiences d électonique agégation de physique, Béal p 141, Montages / Leçons liés : montage 15 filte actif et passif, montage 18 modulation démodulation montage 1 filtes linéaie. Matéiel : - Une souce de tension +15V-15 V - Deux montages multiplieus - Deux GBF - condensateus de 0 nf - ésistances de 10 kω Tavail péliminaie 1. Détemine la fonction de tansfet complexe H(jω) = du cicuit ci-conte.. En déduie le diagamme de bode asymptotique du gain en db, (G db = 0 log ( H(jw) ) et de la phase. Démonte que la féquence de coupue est f c0 = 1 π - fils de connexion. - Deux plaques de montage - Un odinateu ac le logiciel EGESSI elié à une impimante. - Un oscillo numéique ac FFT Schéma 1 3. Démonte que la fonction de tansfet complexe H(jω) = du cicuit bouclé su une ésistance est : 1 1. ac f c1 = 1 π 1+j ω Schéma Exemple de pogession expéimentale 1. Etablissement du diagamme de bode du filte passe bas - éalise le montage du schéma 1. - Faie vaie en féquence la tension sinusoïdale ( 0 Hz à 30 khz) d entée et ele à l oscilloscope numéique : les amplitudes Vs et Ve, la féquence, le décalage tempoel τ ente les deux tensions. ente les valeus su egessi. - Affiche Gdb(f) = 0log H(f), modélise le filte ac l outil modélisation. en déduie la valeu de f c0. ompae à la valeu théoique. - Affiche le diagamme de Bode en amplitude Gdb(logf). Véifie les popiétés du diagamme asymptotique. ( asymptote hoizontale quand f0, asymptote à -0 db quand f ) - Affiche le diagamme de Bode en phase φ(f).(emaquons que φ = τ π = τ f π) et compae à l étude théoique.. Application à la démodulation synchone L objectif de cette patie est de démodule un signal modulé en amplitude. Dans cette méthode le signal modulé est multiplié pa un signal de même féquence que la poteuse pou ête ensuite filté pa note filte passe bas. T

3 Tavaux Patiques Pépaation à l agégation intene de Sciences Physiques Voici le montage dans son ensemble : vm Signal modulant vp Signal modulé Filte passe bas fm= 500 Hz poteuse Vm= V fm= 4kHz Vp= 10V A0= 4V vp signal à filte signal filté - éalise le montage ci-dessus puis ac l oscilloscope numéique, faie la FFT du signal à filte. Note les féquences et amplitudes en db des difféentes composantes du signal. - Faie la FFT du signal filté. Note les féquences et amplitudes en db des difféentes composantes du signal. - Intepéte. (compae les vaiations du Gain en db des difféents composantes ente et ac le diagamme de bode)en déduie que l intéêt du filte est de coupe les hautes féquences et de ne gade que le signal modulant. - Le filtage n est pas total, il este des composantes à haute féquence. (le monte à la FFT et en affichage tempoel de ). ajoute un filte identique en cascade du 1 e et monte alos que le filtage est total (FFT et affichage 1 Vs tempoel) 3. Limite du montage : influence de l impédance de chage L étude pécédente à étée éalisée «à vide» ac une impédance de de chage infinie. omme on a pu le démonte dans le tavail péléminaie, la fonction de tansfet du filte est modifiée losqu il est banché su un dipôle de chage finie (une ésistance). - éalise le montage du schéma. - Faie vaie en féquence la tension sinusoïdale ( 0 Hz à 30 khz) d entée et ele à l oscilloscope numéique : les amplitudes Vs et Ve, la féquence, le décalage tempoel τ ente les deux tensions. ente les valeus su egessi. - Affiche Gdb(f) = 0log H(f), modélise le filte ac l outil modélisation. en déduie la valeu de f c0. ompae à la valeu théoique. 3

4 Tavaux Patiques Pépaation à l agégation intene de Sciences Physiques Manipulation : Etude d un filte actif de Salen-Key,poblème de stabilité Biblio : expéiences d électonique agégation de physique, Béal p 154, dictionnaie de physique expéimentale Vol 4 p 4 Montages / Leçons liés : montage 15 filte actif et passif, montage 18 modulation démodulation montage 1 filtes linéaie. Matéiel : - Une souce de tension +15V-15 V - un GBF - condensateus de capacité c= nf - 4 ésistances = 10 kω - fils de connexion. Tavail péliminaie - Une ésistance vaiable - Une plaque metalab ac AOP pé câblé - Un odinateu ac le logiciel EGESSI elié à une impimante. - Un oscilloscope numéique ac FFT L objectif de ce montage est d étudie le compotement d un filte passe bande actif de type Salen Key déjà monté su la paillasse dont le schéma est le suivant : La ésistance vaiable étant de = 0 kω, On peut démonte que : L amplitude maximale A0 = +1 4 Le facteu de qualité Q = 4 La féquence pope fo = Détemine les valeus théoiques de A0, Q, f0 1) Etude du filte et de la ésonance - Faie vaie en féquence la tension sinusoïdale d entée et monte qualitatiment la ésonance. Passe en Lissajous pou détemine la féquence popef 0 - Faie vaie en féquence la tension sinusoïdale d entée ( 0 Hz à 30 khz) et ele à l oscilloscope numéique : les amplitudes Vs et Ve, la féquence. ente les valeus su egessi. - Affiche Gdb(f) = 0log H(f), modélise le filte ac l outil modélisation. en déduie les valeus de Q,A0, f 0. ompae aux valeus théoiques. ) Modification des paamètes du filte - Modifie la valeu de ( = 30 kω) et monte à l oscilloscope (Lissajous) que f0 la féquence de ésonance n est pas modifiée. - Détemine alos pa une simple mesue des féquences de coupue le facteu de qualité Q exp (Q= compae à la valeu théoique. f0 )et fc fc1 3) Mise en évidence de l instabilité du montage - Obse la FFT du signal de sotie et augmente pogessiment, pou une féquence du généateu éloignée de la ésonance ( pa exemple 500 Hz) - Losque >4, il appaait une aute composante qui n est pas à la féquence du généateu mais à la féquence pope de l oscillateu fo (utilise l outil cuseu su la FFT). 4

5 Tavaux Patiques Pépaation à l agégation intene de Sciences Physiques Diminue ensuite l amplitude de la tension d entée jusqu à 0 et constate la pesistance de ce signal à fo à la tension de sotie. Le montage se compote alos comme un oscillateu. Manipulation 3 : hage d un condensateu à couant constant Biblio : expéiences de physiques au capes (ancienne édition) béal p. 138 Montages / Leçons liés : montage 8 le condensateu. Matéiel : - Un Ampli op TL081 pé câblé et monté su une plaque Une souce de tension +15V-15 V - Une souce de tension continue églable - Un condensateu de 1000 µf ou 4.7 µf - Une ésistance de 50 kω - fils de connexion. - Une plaque de montage - Un odinateu ac le logiciel EGESSI elié à une impimante. - Une inteface d acquisition ophy GTS- et son logiciel Tavail péliminaie 1. En utilisant les popiétés d un AO idéal en égime linéaie monte que le montage du schéma 1 est équivalent à un condensateu banché su un généateu de couant pafait tel que I = E = -uc = E t (). Démonte l expession de l incetitude mentionnée dans le potocole ci-dessous (3) Exemple de pogession expéimentale 1. évolution de uc los de la chage du condensateu à couant constant - éalise le montage ci-conte : - égle l inteface ophy GTS : (acquisition tempoelle, déclenchement pa font) - éalise une acquisition et tansfée su egessi - Affiche uc et modélise la doite modèle d une chage à couant constant est validé (1) et. Détemination de - Utilise l outil de modélisation pou détemine la pente p, mesue E ac un multimète : - En déduie la valeu de en utilisant la fomule () - Sachant que = + P + E P E encade la valeu expéimentale de (3) et connaissant les caactéistiques du multimète, exemples de valeus expéimentales Ac =50kΩ E= 6.0V et = 4.7 µf, exp= (4.7±0.13 µf) 5

6 Tavaux Patiques Pépaation à l agégation intene de Sciences Physiques Manipulation 4 : La code de Melde Biblio : dictionnaie de physique Vol 1 quaanta p 58 Montages / Leçons liés : montage 9 ésonance, montage 8 ondes stationnaies, montage mesue de longueu d onde, leçon 0 Vibations tanssales su une code Matéiel : Stoboscope, poulie, potence, masses, vibeu code, décamète, balance de pécision Tavail péliminaie evoi la théoie su : - la popagation d une onde tanssale su une code. - Les ondes stationnaies. - La ésonance en égime focé. Exemple de pogession expéimentale 1. étude du moument de la code au stoboscope - se place à une ésonance véifie la féquence du vibateu ( 100 Hz) au stoboscope. - Monte que le déplacement de deux nœuds ou deux ntes successifs est en opposition de phase.. Le phénomène de ésonance - Faie vaie la longueu L du fil et monte qualitatiment que l amplitude des ntes est maximale pou cetaines longueus. Phénomène de ésonance multiple - Faie vaie L, mesue Lk, note k le nombe de fuseaux pou chaque ésonance et tace su egessi lk = f(k) - Modélise la doite, en déduie la pente p= f - En déduie la céléité de l onde et la masse linéique µ sachant que c = T μ - Sachant que, µ = µ M + P M P encade la valeu expéimentale de µ - Mesue une longueu suffisante de la code, la pese et etou la valeu de la masse linéique, compae ac les ésultats pécédents. Exemples de valeus expéimentales c= 90 m/s et μ = ± 0. 0 g/m 6

7 Tavaux Patiques Pépaation à l agégation intene de Sciences Physiques Manipulation 5 : Dynamique de otation- Machine tounante Biblio : expéiences de physiques au capes noulle édition béal p. 56 Montages / Leçons liés : Montage 1 dynamique newtonienne, leçon 3 Enegie mécanique d un système matéiel, leçon 6 otation d un solide autou d un axe dont la diection est fixe Matéiel : - Machine tounante (JEULIN) - Une boîte de masses maquées. - Un chonomète. - Un odinateu équipé de EGESSI. Tavail péliminaie - evoi la leçon su la otation d un solide autou d un axe fixe. - Faie l étude mécanique de la machine tounante (Bien faite dans le béal) Exemple de pogession expéimentale 1. Véification de la loi hoaie : ( t) 1 t ot o - éalise le montage et choisi une masse m (100g convient ). ele le ayon du cylinde autou duquel s enoule le fil. - Le moument accélée est suffisamment lent pou faie les mesues au chonomète (ad) 0 π π 3π 4π 5π 6π 7π 8π 9π 10π 11π t (s) Mesue les duée t nécessaies pou effectue π ad, π ad, 3π ad etc epésente f(t) à l aide de EGESSI et modélise pa un polynôme d ode.. Détemination du moment d inetie I du solide : - A l aide de la modélisation pécédente, détemine l accéléation angulaie - En déduie la valeu de I exp sachant que g 1 (1 m I ) - La valeu de I exp est compaable à une estimation théoique I th si l on connaît les caactéistiques du système tounant. 7