Visite guidée de l oscilloscope et du générateur de fonctions

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1 Lab No 4 Montage : NfAp : 1 NfAp : Visite guidée de l oscilloscope et du générateur de fonctions Buts Apprendre à utiliser l oscilloscope pour observer et mesurer des grandeurs physiques reliées principalement à l électromagnétisme. Comprendre le fonctionnement d un circuit de redressement. Matériel Oscilloscope G w INSTEK GDS 2062 (voir page 5 et sa description Générateur de fréquence dans l annexe fournie à la fin Voltmètre numérique Transformateur Interrupteur à bouton Batterie de 4 piles de 1,5 volts Plaquette de montage Résistance, condensateur et diodes (4 Fils de raccordement Théorie Dans plusieurs appareils de mesure, la grandeur étudiée est convertie en un déplacement d une aiguille ou d un curseur (affichage analogique ou en indiquant un nombre (affichage numérique. S il est nécessaire d étudier les variations d une grandeur en fonction d une autre (en fonction du temps par exemple, de nombreuses mesures doivent être effectuées, ce qui n est possible que si les variations se produisent lentement. L oscilloscope, de par le principe même de son fonctionnement, occupe une place privilégiée parmi les divers instruments de mesure scientifiques et particulièrement en électronique. En utilisant un oscilloscope, il est possible de faire apparaître instantanément une courbe, traduction du lien unissant les valeurs des deux grandeurs (voltage en fonction du temps et ceci, même pour des phénomènes qui sont extrêmement rapides. Sur l écran de l oscilloscope, on dispose de deux coordonnées : l une correspond au déplacement vertical du spot (tache de lumière produite par le faisceau d électrons sur l écran d un tube cathodique l autre à son déplacement horizontal. Avant d effectuer les manipulations, prenez quelques minutes pour lire et consulter l annexe à la page 6, histoire de vous familiariser avec la fonction des boutons ou des touches de réglage de l oscilloscope. Manipulations 1. Mesure de tensions constantes Allumez l oscilloscope et reliez d abord les bornes de la pile de 1,5 V à l entrée CH 1 (entrée du signal 1 de l oscilloscope de l oscilloscope. En utilisant les diverses tensions de la batterie, vérifiez le déplacement de la trace vers le haut ainsi que vers le bas. Procédez lentement pour laisser le temps à l oscilloscope de générer le signal. Organisez-vous pour constater la variation en lisant ce qui suit. Des tensions constantes sont des tensions qui ne varient pas avec le temps. La représentation graphique de telles tensions en fonction du temps donne une droite horizontale. Mesurez les différentes tensions données par votre batterie de piles en observant à l écran la position du point ou de la ligne horizontale (s il y a du balayage horizontal. Procédez lentement pour laisser le temps à l oscilloscope de générer le signal. Confirmez ensuite en utilisant la touche «Measure». Comparez les valeurs lues à l oscilloscope à celles que vous obtenez avec le voltmètre numérique en les fournissant dans le tableau 1.

2 2 Tableau 1 Incertitudes correctement inscrites en utilisant les annexes. Fournir au verso de la page précédente, les calculs complets menant à la détermination de chacune des incertitudes inscrites pour 1,5 et 3,0 V Piles Oscilloscope Voltmètre numérique 1,5 V ± ± 3,0 V ± ± carrée et onde triangulaire. Les boutons de réglage vous permettent de faire varier l amplitude des ondes de même que leur fréquence. L onde sinusoïdale Examinez d abord attentivement les boutons de réglage qui permettent de choisir la fréquence du signal produit par l oscillateur et ajustez-les pour que la fréquence de la tension sinusoïdale soit de Hz. Appliquez ce signal à l entrée 1 de l oscilloscope. Une belle courbe sinusoïdale devrait apparaître sur votre écran. Si ce n est pas le cas, vérifiez la position des boutons du générateur de fréquence. Mise en fonction Onde sinusoïdale Onde carrée 4,5 V 6,0 V sans incertitude sans incertitude sans incertitude sans incertitude 2. Mesures de tensions variables L oscilloscope permet l observation et la mesure de tensions qui varient très rapidement avec le temps, ce qui est impossible avec le multimètre. On peut ainsi obtenir les amplitudes et les fréquences de signaux électriques en plus de visualiser leur forme (carrée, sinusoïdale, triangulaire, etc.. Comme première source de tension variable, utilisez le générateur de fonctions «BK Precision» fourni. Le générateur de fréquences Un générateur de fréquences est un appareil fournissant une tension dont la valeur varie dans le temps. Les formes d ondes disponibles sur l appareil mis à votre disposition sont : onde sinusoïdale, onde Réglage de fréquence Maintenir position :off Sortie Réglage amplitude En examinant la courbe à l écran, ajustez avec le bouton «Output level» du générateur la valeur de l amplitude A à environ 2 V (valeur maximale de la différence de potentiel. Mesurez la période T (temps requis pour faire un cycle. Notez la fréquence f et inscrivez vos résultats sur la figure qui suit. Cette fréquence correspond-t-elle à celle inscrite sur le générateur de fréquences?

3 3 3. Le transformateur (6,3/12,6 VAC avec bouton pour l allumer Branchez la sortie du transformateur (6,3 à l entrée du signal 1 de l oscilloscope. Mesurez à l oscilloscope l amplitude de la tension alternative ainsi que la période en inscrivant vos valeurs dans le tableau 2. Répétez pour 12,6. Il se pourrait ici que vous deviez fixer un zéro arbitraire plus bas si le signal dépasse la valeur maximale de l oscilloscope. Dans le rectangle sous le tableau, fournir les calculs menant à la fréquence du signal obtenu et inscrire cette valeur dans le tableau qui suit : Amplitude V max(v 6,3 VAC 12,6 VAC L onde carrée Observez et mesurez les caractéristiques d une tension ayant la forme d une onde carrée dont vous fixerez la fréquence à 250 Hz. En examinant la courbe à l écran, notez les valeurs de l amplitude A et de la période T. Notez la fréquence f et inscrivez vos résultats cidessous. Cette fréquence correspond-t-elle à celle inscrite sur le générateur de fréquences? Période (s Fréquence (Hz V eff (multimètre Remplacez l oscilloscope par le multimètre numérique avec le sélecteur en position afin de lire la tension efficace V eff et notez cette valeur dans le tableau pour 6,3 et 12,4 Volts. Vérifiez si :

4 4 4. Circuit de redressement simple Montez le circuit suivant en introduisant une diode dans le circuit. Le passage du courant dans une diode s effectue uniquement dans le sens de la flèche et pour bien positionner certaines diodes, le trait vertical sur le schéma correspond à un trait blanc sur ce composant électronique. Réalisez le circuit exactement comme sur la planchette en faisant bien attention aux signes (barres blanches sur les diodes: Représentez alors fidèlement la tension obtenue aux bornes de la résistance et mesurez la valeur maximale V max de cette tension (inclure valeurs de graduation et paramètres de mesure sur ce graphe avec avec les grandeurs et unités. Représentez alors fidèlement la tension obtenue aux bornes de la résistance et mesurez la valeur maximale V max de cette tension (inclure valeurs de graduation et paramètres de mesure avec les grandeurs et unités V max = 5. Circuit de redressement double Montez le circuit suivant en introduisant un pont de diodes dans le circuit. Attention de bien positionner les diodes telles que présentées. V max = Expliquez sur la ligne qui suit, la forme de la tension observée?

5 5 6. Circuit de filtration (bloc d alimentation Montez le circuit suivant en ajoutant un condensateur en parallèle avec la résistance. Attention de bien respecter les polarités indiquées. conçu ce qu on "#$$%&"$($#* Vous avez ainsi appelle un petit bloc d alimentation (source de courant continu Oscilloscope GwInstek GDS-2062 "*-./// &"5"*#& "#$"%&(*+&*+, "#$%&"#&$(#*&+#,(-#&.*/0& & -.&*/*%+0& :;<=>:?;=>::;=@5*+"*&A Réalisez exactement le circuit comme sur la planchette: (*+&*+, x 89/&./& x :-(+#&*#& & & ;5<&1=:46;6>&?&5& & ;@<&1=:46;6>&?&@& 6789:;<:>:?;:>::;:@5*+"*&A Représentez alors la 12345A65<&1=:4A66>&?&5& tension observée12345a6@<&1=:4a66>&?&@& aux bornes de la <&1=:45B6>&?&5& résistance et mesurez @<&1=:45B6>&?&@& la valeur maximale Vmax de cette tension. x :(C#-&$(-D& 3+& x E*#-&F9.9G&H"/*&D($.F#I& J(-&D#9/G#D&*K#$/,/$9/(&(,&K-(+#L&*##&K90#AMN7& Vmax =x x :-(0-9F&F9.9GL&:&*(,C9-#L&9D&E3O&D-/P#-& 9-#&D(CG(9D9+G#&,-(F&1QR*#%&C#+*/#7&S/*/& CCC70C/*#%7$(F7CL& &$(-#-7&

6 Annexes 6

7 7

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