V e TP OSCILLATEUR A PONT DE WIEN. I Etude de la chaîne directe en régime sinusoïdal : 11 Pont de Wien : étude rapide d un filtre passe bande :

Transcription

1 TP OSILLATE A PONT DE WIEN I Etude de la chaîne directe en régime sinusoïdal : 11 Pont de Wien : étude rapide d un filtre passe bande : = 10 kω; = 22 nf éaliser le montage a] Mesure de la fréquence centrale f 0 : La phase de la fonction de transfert est nulle à la fréquence centrale Observer les signaux d'entrée et de sortie Passer en XY, et régler la fréquence de manière à ce que l'ellipse devienne un segment de droite On rappelle qu'en théorie, f Hz ette méthode de mesure de la fréquence centrale est elle toujours valable? Est il plus précis de détecter le maximum de l'amplitude de la tension de sortie, ou de détecter une valeur nulle du déphasage entre les tensions d'entrée et de sortie? evenir en base de temps, et mesurer l amplification H(f 0 ) tiliser un multimètre numérique, dont les indications sont plus précises que celles de l oscilloscope En déduire la valeur expérimentale du gain G(f 0 ) On rappelle qu'en théorie, H(f 0 ) = 1/3 b] Mesure rapide de la bande passante à 3 db : Ne pas perdre trop de temps à cette mesure Se contenter d obtenir une valeur approchée de la bande passante Se placer à la fréquence centrale, et mesurer l'amplitude de la tension de sortie à l'oscilloscope Les fréquences de coupure à 3dB correspondent à une division de l'amplitude maximale de la tension de sortie par 2, l'amplitude de la tension d'entrée restant constante Faire varier la fréquence de part et d'autre de la fréquence centrale jusqu'à ce qu'il en soit ainsi elever alors les fréquences de coupure, et en déduire une mesure de la bande passante en fréquence B à 3dB, ainsi que du facteur de qualité Q 3 On pourra montrer qu'en théorie : B 2, et on rappelle que : B 1 f0 Q 12 Filtre actif du second ordre :

2 1 = 10 kω 2 = x10 4 Ω, x10 3 Ω, x100ω, x10ω (boîtes de résistances) Déterminer expérimentalement : la fréquence pour laquelle v s et v e sont en phase une fois cette condition réalisée, la valeur de 2 pour laquelle v s et v e ont la même amplitude V variable S 2 1 II Fonctionnement en oscillateur sinusoïdal : 21 Montage : Supprimer l'alimentation v e du montage précédent, et relier l'entrée à la sortie : V S 1 2 éajuster éventuellement la valeur de 2 pour obtenir des oscillations sinusoïdales Déterminer leur fréquence à l'aide des fonctions de mesure de l'oscilloscope 22 Analyse spectrale : Afin d'appréhender la pureté de ces oscillations, nous allons en faire l'analyse spectrale à l'aide du module FFT de l'oscilloscope numérique HP B Nous allons naturellement retrouver des principes de réglage analogues à ceux étudiés avec le logiciel Synchronie Le module FFT utilise systématiquement points d'échantillonnage, et ce nombre n'est pas modifiable a] Affichage du spectre : * Faire disparaître le signal temporel de l'écran (voie sur "Off") * Sélectionner la fonction ±, puis "Function 2" sur "On" * égler dans "Menu" : Opération : FFT Operand : choix du signal à analyser * hoisir a priori une fréquence d'échantillonnage f e élevée (20 à 40 fois la fréquence du signal à analyser) e réglage s'obtient avec TIME/DIV * égler "ef Level" et "nits/div" à l'aide du potentiomètre du pavé "Measures" (il est situé près de "ursors") de manière à observer l'amplitude de la raie fondamentale en entier sur l'écran Explications : "ef Level" est le gain de référence En effet, l'oscilloscope affiche sur l'écran un gain Vaie G = 20 log, et ef Level = 20 logvef Vef "nit/div" est l'échelle des ordonnées, c'est à dire le gain correspondant à un carreau * Dans "FFT Menu" : égler éventuellement "enter Freq", toujours à l'aide du potentiomètre du pavé "Measures" (correspond à la valeur centrale de l'axe des fréquences)

3 variable hoisir la fenêtre de Hanning ("Window") afin de mesurer les fréquences avec le maximum de précision Afin d'observer la totalité du spectre avec une résolution optimale sur l'écran, diminuer progressivement la fréquence d'échantillonnage (ATTENTION A TOJOS ESPETE LE THEOEME DE SHANNON), et régler "Freq Span" (largeur de la bande de fréquence affichée) b] Mesure des raies : Dans "ursors", la fonction "find peaks" mesure automatiquement les gains et fréquences des raies 23 Fonctionnement saturé : * evenir en mode oscilloscope et observer le signal de sortie * Augmenter 2, et relever l'oscillogramme de la sortie * Observer et relever le spectre en régime saturé onclure Attention : Ne pas démonter le circuit : il servira au paragraphe III III Visualisation du plan de phase : 2 variable 1 v (t) s ' ' ''v s onstater qu'il s'agit du même montage que précédemment, auquel on a ajouté un dérivateur : ' = 10kΩ; ' = 1 nf éaliser le montage S'assurer qu'il fonctionne en oscillateur (au besoin, réajuster 2 ) Observer le plan de phase à l'oscilloscope ompléments I Tracé des diagrammes de Bode du pont de Wien : = 10 kω; = 22 nf elever une vingtaine de points de mesure f, V, V, pour f compris entre 10Hz et 100kHz e s tiliser le multimètre numérique pour mesurer Ve et V s Attention : Prendre une mesure à la fréquence centrale f 0, afin d accéder au gain maximum (correspondant à une phase nulle) Prendre un nombre suffisant de points autour de f 0 (domaine où la phase varie le plus rapidement)

4 variable Prendre un nombre suffisant de points dans la bande coupée, en vue d'une mesure précise des pentes asymptotiques du gain Inutile de transformer H en db : le logiciel egressi le fera Ne pas démonter le circuit avant d'avoir terminé cette partie En effet, il sera possible de compléter les points de mesure au cas où certains domaines auraient été mal balayés tiliser le tableur egressi pour tracer et exploiter les diagrammes de Bode (se référer, si nécessaire, au TP «diagrammes de Bode de filtres passe bas du deuxième ordre») L exploitation comprendra les mesures de la fréquence centrale, de la phase correspondante, du gain maximal, de la bande passante, des pentes des gains asymptotiques et de la phase en f 0, du facteur de qualité, etc d 2Q On rappelle que df f f 0 0 H0 H Effectuer les modélisations des diagrammes (Forme normalisée : f f 0 ) 1 jq f 0 f II Etude temporelle du montage en régime libre : 2 variable Afin d'imposer des conditions initiales non nulles, on réalise le montage ci contre v(t) 1 v(t) est une suite d'impulsions d'amplitude 10 V (niveau bas de 0V), de période suffisamment longue ( 15 ms) pour observer plusieurs pseudo périodes du montage, et de durée très faible (égler au préalable v(t) directement à l'oscilloscope) v s (t) Observer v s (t) pour 3 < K < 5 elever l'oscillogramme Observer v s (t) pour K < 3 Le signal est alors sinusoïdal amorti elever l'oscillogramme 2π Mesurer la pseudo période T La comparer à sa valeur théorique : T = = ω Mesurer le décrément logarithmique δ Vérifier que : T T π τ ( 5 K )( K 1) 1, où T 4 0 est la période propre (relation établie en MPSI) Observer les courbes obtenues dans le plan de phase pour K < 3, puis 3 < K < 5

5