CIRCUITS RC, RL, RLC Comment réaliser quelques expériences avec l oscilloscope.

Transcription

1 IUITS,, omment réaliser quelques expériences avec l oscilloscope. Avant la manipulation, vérifier que les boutons de l oscilloscope, base de temps, potentiomètres des voies 1 et 2 sont calés en position «calibres» afin de pouvoir faire des mesures justes, de temps et de tensions. Matériel : - oscilloscope - générateur de signaux - ésistances : 10 kω, 1 kω,: 200 Ω, 100 Ω - condensateurs : 470 nf, 100 nf, 6,6 nf - bobine = 5 mh, r = quelques Ω 1. IUIT. charge et décharge du condensateur 1.1. Visualisation des tensions u G et u On réalise d abord le circuit série avec générateur de signaux carrés, condensateur, résistance, puis le branchement de l oscilloscope permettant de visualiser simultanément - u G, tension aux bornes du générateur, - u tension aux bornes du condensateur Exemple de calcul des valeurs numériques permettant une bonne visualisation. On choisit arbitrairement = 10 kω, = 100 nf, d où la constante de temps τ= = s, τ = 10-3 s. Pour que le condensateur ait le temps de se charger, il faut qu il soit soumis à une tension constante (haut du créneau) pendant une durée supérieure à 5τ, de même pour la durée de la décharge (bas du créneau). a période du générateur T G doit être supérieure à 10 τ = T G > s sa fréquence fg = < 2 TG Si f G < 100 Hz. On observe la charge et la décharge complètes 85

2 On peut alors augmenter la fréquence du générateur et on constate que le condensateur n a pas le temps de se charger ni de se décharger. Si on minue la fréquence du générateur, alors il se charge complètement et sa tension u reste égale a u G, jusqu à ce que commence la décharge. f G très grand : f G petit 1.2.Visualisation de la tension u G et l intensité i. Il faut changer le montage et le branchement de l oscilloscope (faire coïncider la masse du G.B.F. et la masse de l oscilloscope, pour le cas où l installation électrique comporte une prise de terre). Pour visualiser i, il faut envoyer u = i la tension aux bornes de la résistance, sur une voie de l oscilloscope. emarque : Sur le circuit on peut voir que u G = u +u soit u G - u = u. On peut l observer rectement sur l écran, en procédant de la manière suivante. Utiliser la touche sur la de manière à faire apparaître - u. Enfoncer alors les deux touches qui donnent l adtion des tensions visualisées soit u G + (- u ) et on obtient u comme précédemment. 2. IUIT : établissement et extinction du courant Visualisation des tensions u G, et u On réalise d abord le circuit série avec générateur, bobine, résistance, puis le branchement de l oscilloscope permettant de visualiser simultanément - u G, tension aux bornes du générateur, - u tension aux bornes de la résistance 86

3 alculs préliminaires On utilise la bobine d inductance = 5,1 mh, la résistance = 100 Ω pour visualiser l intensité dans le circuit. omme la résistance de la bobine r est faible, on la néglige 3 5, devant, alors + r 100 Ω. a constante de temps du circuit τ = + r τ s a période T G du générateur de signaux carrés, doit être au moins 10 fois supérieure 4 > 10τ T > s d où la fréquence du générateur qui permettra une bonne T G G visualisation de l établissement du courant et de son extinction f G < 2kHz. emarque : Si f G = 10 khz le courant ne peut ni s établir ni s éteindre complètement elation entre intensité i dans la bobine et tension à ses bornes On utilise un générateur de signaux triangulaires. Il délivre une tension u G. Il est placé en série avec une bobine (, r) et une résistance élevée devant r. a f.e.m. de la bobine est e = la tension à ses bornes en convention récepteur, est = ri e donc = ri + alculs préliminaires - omment obtenir une intensité triangulaire à partir d une tension triangulaire u G = u +. Si on choisit très grand, ici 4,7 kω, est négligeable devant u donc u G i ce qui veut re que i est proportionnel à ug. i est de forme triangulaire - Simplification de l expression de = ri +, r est très petit (quelques ohms) donc ri est négligeable devant Matériel - Générateur de signaux triangulaires : u Gm le plus grand possible ; f G = 100 Hz - Bobine = 5,1 mh, r = quelques Ω - onducteur ohmique = 4,7 kω d où 87

4 Sur l oscillogramme, on voit que la tension est proportionnelle à la dérivée de la fonction intensité i = f(t) 3. Oscillations libres du circuit,, Matériel - Générateur de signaux carrés : u Gm le plus grand possible ; f G = 100 Hz - Bobine = 5,1 mh, r = quelques Ω - onducteur ohmique : variable - condensateur 470 nf alculs préliminaires On veut vérifier que la pseudopériode des oscillations est donnée par la relation : T = 2π On trouvera donc une valeur proche de 2π x s Pour observer la charge oscillante et la décharge oscillante du condensateur, il faut prendre la période du générateur au moins égale à 10 T, soit T G > s donc f G < 300Hz On commence par = 0, il ne reste dans le circuit que la résistance de la bobine très faible, mais qu on ne peut supprimer totalement (c est pourquoi les oscillations sont amorties). On changera ensuite la valeur de capacité et on observera les oscillogrammes suivants : 88

5 = 100 nf = 6,8 nf Variation de. Dans n importe lequel de ces cas, si on augmente on voit le nombre des oscillations décoître. a valeur de pour laquelle il n y a plus d oscillations est appelée résistance critique, 89