DUT GEII - DUT 1 TRAVAUX PRATIQUES D ÉLECTRONIQUE

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1 DU GEII - DU 1 RAVAUX PRAIQUES D ÉLECRONIQUE P1: PRISE EN MAIN DU MAÉRIEL - NOIONS DE BASE Objectifs du P : 1. Connaitre le matériel utilisé lors des séances de P d électronique : Oscilloscope numérique Multimètre Générateur Basse Fréquence (GBF) 2. Savoir utiliser ce matériel 3. Connaitre les notions de temps/fréquence d un signal électrique et les relations qui les lient : Période d un signal ( en [s]) Fréquence d un signal ( f en [Hz]) Pulsation d un signal (ω en [rad/s]) 4. Connaitre les notions suivantes : Valeur maximale d une tension ( ) Valeur efficace d un tension (V e f f ) Valeur crête à crête d une tension (V c c ) Valeur moyenne (V moy ) 1 Préparation Considérons le signal périodique sinusoïdal v(t) représenté à la FIGURE 1. La période de ce signal correspond à la durée en secondes mis par le signal pour répéter un même motif. Par définition, la fréquence f correspond à l inverse de la période ( f = 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, ce qui correspond à une pulsation ω égale à 2π : ω = 2π = 2π f (1) La valeur maximale 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 DU 1 - SEMESRE 1 P ÉLECRONIQUE v(t)[v ] 2 π,25 2π,5 θ[rad] 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 V e f f = v(t) 2 dt (2) La valeur moyenne du signal v(t) sera calculée de la manière suivante : V moy = 1 L expression du signal v(t) est la suivante : v(t)dt (3) v(t) = sin(2π ft) (4) A l aide de la FIGURE 1 et des formules données, déterminer les valeurs numériques suivantes :, f, ω,, V e f f, V moy et V c c. 2 ravaux pratiques 2.1 Premier montage Le premier montage est représenté à la FIGURE A l aide des cordons BNC/BNC à disposition, relier la sortie principale du GBF (Main OU)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 : = 4 V (bouton Amplitude) Valeur moyenne : V moy = 1 V (bouton Offset) 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 compte-rendu. 1. Ces aspects énergétiques seront vus dans le module Énergie du premier semestre YAËL HIAUX 2 ANNÉE 213/214

3 DU 1 - SEMESRE 1 P ÉLECRONIQUE Oscilloscope GBF CH1 CH2 Main Out Cordon BNC/BNC FIGURE 2 Schéma du premier montage 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 ester 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 celui-ci, quel doit être le couplage choisi? 2.2 Deuxième montage On souhaite rajouter au premier montage un multimètre afin de mesurer certaines caractéristiques du signal. Le deuxième montage est représenté à la FIGURE 3. Conserver les réglages du GBF du premier montage. 1. 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? (c) Lors de la mesure de la tension efficace, appuyer sur le bouton "AC+DC". Que se passet-il? Quelle est la différence entre ces 2 mesures? 2. Synchronisation de l oscilloscope : 2. Il est impératif de faire figurer sur le graphe les axes, ce qu ils représentent, leurs unités ainsi que leurs échelles! YAËL HIAUX 3 ANNÉE 213/214

4 DU 1 - SEMESRE 1 P ÉLECRONIQUE Oscilloscope Multimètre GBF CH1 CH2 Main Out COM Cordons BNC/Fiches bananes FIGURE 3 Schéma du deuxième montage (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 RIGGER. 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. 3 Pour aller plus loin 3.1 Signaux usuels 4. Les principaux signaux que vous utiliserez au cours de votre cursus sont représentés à la FIGURE Pour chacun d eux, déterminer l expression de la valeur moyenne et de la valeur efficace. 3.2 Synchronisation En considérant les signaux de la FIGURE 5, indiquer quelle sera l origine des temps dans les 2 cas suivants : Synchronisation sur le signal 1 sur front descendant Synchronisation sur le signal 3 sur front montant 4 Annexe : Matériel à disposition Le matériel à disposition lors des séances de travaux pratiques est rappelé à la FIGURE 6 : YAËL HIAUX 4 ANNÉE 213/214

5 DU 1 - SEMESRE 1 P ÉLECRONIQUE v 1 (t)[v ] v 2 (t)[v ] (a) Signal sinusoïdal 2 v 3 (t)[v ] (b) Signal carré α v 4 (t)[v ] (c) Signal rectangulaire 2 (d) Valeur absolue signal sinusoïdal FIGURE 4 Signaux usuels YAËL HIAUX 5 ANNÉE 213/214

6 DU 1 - SEMESRE 1 P ÉLECRONIQUE + 15 V Signal 1 Signal 2 t + 15 V Signal 3 t + 15 V t FIGURE 5 Synchronisation YAËL HIAUX 6 ANNÉE 213/214

7 DU 1 - S EMESRE 1 P É LECRONIQUE (a) Oscilloscope (b) Générateur Basse Fréquence (c) Multimètre (d) Cordon BNC/BNC (e) Cordon BNC/Fiche banane F IGURE 6 Matériel à disposition YAËL HIAUX 7 A NNÉE 213/214