T.P. n 4. polytech-instrumentation.fr 0,15 TTC /min à partir d un poste fixe

Transcription

1 T.P. n 4 polytech-instrumentation.fr ,15 TTC /min à partir d un poste fixe

2 Redressement d une tension I. Objectifs Redressement d une tension alternative par le moyen de diodes. Transformation d une tension sinusoïdale redressée en signal continu par lissage avec un condensateur ou par utilisation d un filtre passe-bas. II. Introduction Caractéristiques d une diode idéale III. Redressement simple alternance 1. Montage, visualisation à l oscilloscope de la tension redressée Réaliser le montage suivant avec R = 1 kω La fréquence de la tension alternative à redresser est f = 200 Hz, son amplitude Um = 2 V. Vérifier à l oscilloscope l amplitude Um Ecrire la loi des mailles, en déduire la tension de sortie «s» en fonction de la tension d entrée «e» et de la tension de seuil Vs pour la diode passante, puis pour la diode bloquée. Visualisez et tracez la tension de sortie «s». En déduire la valeur de Vs. 1/8

3 2. Mesure des grandeurs caractéristiques associées à la tension redressée Pour ces mesures on fixe Um = 10 V de façon à minimiser l importance relative du seuil. Les notations sont les notations usuelles. a) Valeur efficace Etablir l expression de S eff en fonction de E eff pour Vs = 0. Mesurez au voltmètre numérique U1253A (appareil de mesure de la valeur efficace vraie en AC, DC et AC+DC ; voir le TP 3) E eff puis S eff. Conclure. b) Valeur moyenne (composante continue de la décomposition en série de Fourier) Etablir l expression de < s (t) > en fonction de l amplitude S m pour V s = 0 ; en déduire la valeur du rapport Mesurer < s (t) > à l oscilloscope de la façon suivante : visualiser le signal de sortie sur DC, puis sur AC, la comparaison des deux oscillogrammes donne la composante continue < s (t) > ; mesurer S m, en déduire t et conclure. IV. Redressement double alternance 1. Montage, visualisation à l oscilloscope de la tension redressée On réalise un pont à diodes, appelé pont de Graetz, comme schématisé ci-dessous, avec f = 200 Hz ; Um = 2 V ; R = 1 kω On visualise simultanément la tension délivrée par le G.B.F. et la tension de sortie «s» en utilisant sur la voie 2 de l oscilloscope une sonde différentielle. 2/8

4 Remarque : des problèmes de synchronisation du signal sont possibles (signal légèrement modulé par le 50 Hz du secteur que l on récupère par les cordons...) ; pour s en affranchir, modifier légèrement f. Visualisez et tracez les oscillogrammes obtenus pour e (t) sinusoïdal, triangulaire, puis rectangulaire et en faire l interprétation : Représentez par un tracé coloré sur le schéma ci-dessus le «chemin» suivi par une alternance positive, puis celui suivi par une alternance négative, en déduire le principe du redressement double alternance. 2. Mesure des grandeurs caractéristiques associées à la tension redressée Pour ces mesures on fixe Um = 10 V (le maximum) de façon à minimiser l importance relative du seuil. a) Valeur efficace Etablir l expression de S eff en fonction de E eff pour V s = 0. Mesurer au voltmètre numérique E eff puis S eff. Conclure. b) Valeur moyenne (composante continue de la décomposition en série de Fourier) Etablir l expression de < s (t) > en fonction de l amplitude S m pour V s = 0 ; en déduire la valeur du rapport Mesurer < s (t) > à l oscilloscope de la façon suivante : visualiser le signal de sortie sur DC puis sur AC, la comparaison des deux oscillogrammes donne la composante continue < s (t) > ; évaluer S m, en déduire t et conclure. V. Lissage d une tension sinusoïdale redressée Pour la visualisation du lissage conserver les paramètres précédents. Insérer une résistance en sortie du pont de Graetz de 10 kω et un condensateur de capacité C = 100 nf en parallèle avec la résistance et visualiser à nouveau le signal en sortie du condensateur. Vérifier que l'allure de la courbe est celle du redressement double alternance obtenue précédemment. Visualiser à nouveau le signal au borne du condensateur avec cette fois un condensateur C = 1 µf et C = 10 µf. Tracer sur papier millimétré les courbes obtenues. a) Comment évolue l'allure des courbes quand la capacité C du condensateur augmente? Quel est alors le rôle du condensateur? b) Quelle est la valeur du condensateur la mieux adaptée au lissage? c) Quelle est la valeur de la tension continue obtenue pour ce condensateur? 3/8

5 d) Donner des applications possibles à ce montage. Montage lissage d une tension VI. Redressement avec filtrage On désire obtenir une tension continue par filtrage passe-bas d une tension redressée simple alternance. 1. Etude théorique : le détecteur de crête Examiner le montage suivant pour une diode idéale dont la caractéristique est celle de la figure 2 : Ecrire la loi des mailles ; en déduire le comportement de la diode lorsque e(t) augmente, puis diminue. 2. Réaliser le montage Nous incluons dans ce montage un filtre passe-bas qui correspond à un filtre (R, C), avec f = 1 khz ; Um = 10 V (pour minimiser l effet de seuil) ; C = 1 µf et R boîte de résistance variable. 4/8

6 a) Etude théorique Ecrire l équation différentielle vérifiée par uc pour la diode bloquée, la résoudre. En déduire l allure de s(t) pour Vs = 0. b) Etude expérimentale Ajuster la valeur de R et enregistrer les oscillogrammes obtenus pour τ = R C = T / 10 ; τ = R C = T ; τ = R C = 10 T. Donner un titre à chacun des oscillogrammes enregistrés, choisir une mosaïque appropriée et l imprimer. Conclure. 3. Remarque Si l on veut réaliser un redressement et un filtrage sans seuil, il faut utiliser un A.O. monté en suiveur comme dans le TP 8 : Montage redressement avec un filtre passe-bas VII. Conclusion Soit la décomposition en série de Fourier de e et s : Pour e(t) = Um sin (ωt) Signal sinusoïdal redressé simple alternance : Signal sinusoïdal redressé double alternance : 5/8

7 Conclusion valable pour tous les signaux périodiques : le redressement est un traitement non linéaire qui s accompagne d un enrichissement du spectre des fréquences. Méthode pour utiliser la fonction FFT sur l oscilloscope Agilent DSO1002A : Pour avoir accès à la fonction FFT qui permet de convertir mathématiquement un signal de domaine temporel en composantes fréquentielles, appuyer sur le bouton Math qui se situe au niveau des commandes verticales. Sélectionner FFT parmi les fonctions mathématiques disponibles, puis choisir la fenêtre rectangle qui permet la meilleure résolution dans notre cas. 6/8

8 Aide à la correction aux questions pratiques V. Lissage d une tension sinusoïdale redressée Quel est le rôle du condensateur? Le condensateur permet de lisser une tension alternative grâce à sa capacité à se charger et à se décharger. Le condensateur étant lent à se décharger, la tension obtenue est proche d un signal continu. Donner des applications possibles à ce montage Ce montage peut-être utilisé en tant que convertisseur courant alternatif/continu associé avec un montage redressement double alternance. 7/8

9 Liste de matériel pour la réalisation du TP n 4 Instrumentation Référence Polytech Générateur Agilent 33210A Oscilloscope Agilent DSO1002A Multimètre portable Agilent U1253A Sonde différentielle METRIX MX9030Z Composants Résistance UME de 10 KΩ Résistance UME de 1 KΩ Boîte à décades de capacités Pont de diode sécurisée UME Support 1 platine UME cordons de sécurité 50 cm noirs à reprise arrière cordons de sécurité 50 cm rouges à reprise arrière /8