OBJECTIFS Oscilloscope et générateur basse fréquence (G.B.F.) Siuler le fonctionneent et les réglages d'un oscilloscope Utiliser l oscilloscope pour esurer des tensions continues et alternatives Utiliser un générateur basse fréquence Déteriner les grandeurs caractéristiques d une tension alternative périodique : f, T, U ax, U cc, U eff I. A quoi sert un oscilloscope? Afin de coprendre le fonctionneent de l'oscilloscope, répondre aux questions suivantes, en utilisant les docuents suivants (et ou en recherchant sur Internet) : L'oscilloscope à quoi ça sert et Initiation à l'oscilloscope Questions : 1. A quoi sert un oscilloscope? 2. Qu'est ce que le balayage? 3. Lorsque le balayage est enclenché : a. Que représente l'axe vertical sur l'écran? b. Que représente l'axe horizontal? 4. Pourquoi un oscilloscope peret-il de faire des esures de tension? 5. Pourquoi un oscilloscope peret-il de faire des esures de durée? II. Siulation de l'utilisation d'un oscilloscope 1. Réglages préliinaires Lancer le siulateur d'un oscilloscope onocourbe : Oscilloscope Mettre en arche l'oscilloscope Régler l'intensité luineuse du spot Supprier le balayage Placer la touche AC-DC-GD sur la position GD (cela supprie toute tension à l'entrée) Centrer le spot sur l'écran en utilisant les boutons Ypos et Xpos 1
2. Mesures de tensions continues Placer la touche AC-DC-GD sur la position DC (pour esurer une tension continue) Relier l'oscilloscope à un générateur de tension continue en cliquant sur générateur et en cochant continu. Régler la tension fournie par le générateur sur 6V Quelques définitions : Qu est-ce que la déviation verticale Yv?...... Qu est-ce que la sensibilité verticale Sv?... Quelle relation existe-t-il entre la tension esurée par l'oscilloscope et ces deux grandeurs?... En utilisant les réglages iposés dans le tableau ci-dessous, esurer la tension U PN aux bornes du générateur. Dessiner pour la esure la plus précise la trace du spot décrit sur l écran ci-contre. Générateur continu de 6V Sv=10V. div -1 Sv=5V. div -1 Sv=2V.div -1 Sv=1V.div -1 Bouton sensibilité verticale (Sv) Mesure la plus précise Yv = Yv = Yv = Yv = U PN = U PN = U PN = U PN = S v =.V/div Générateur continu de 10V Mesure la plus précise Sv = 20V.div -1 Sv=10V.div -1 Sv=5V.div -1 Sv=2V.div -1 Yv = Yv = Yv = Yv = U PN = U PN = U PN = U PN = S v =.V/div Quelle est la sensibilité qui peret d obtenir la eilleure esure? Expliquez. 2
3. Mise en arche du balayage Mettre en arche le balayage en plaçant le bouton sur ON Aucune tension n'est appliquée aux bornes de l'oscilloscope Le sélecteur de vitesse de balayage (ou sensibilité horizontale Sh) est réglé sur 50s/div. Le spot se déplace à vitesse constante de gauche à droite. On dit que le spot balaie l'écran. L'axe horizontal de l'écran représente l'axe des teps et est gradué en secondes (ou en illisecondes, ou en icrosecondes). Relier l'oscilloscope à un générateur de tension continue en cliquant sur générateur et en cochant continu. Dessiner pour la esure la plus précise la trace que le spot décrit pour le générateur 6V avec balayage. Générateur continu de 6V Sv = V.div -1 Yv = U PN = Bouton sensibilité horizontale (Sh) Donner une définition du balayage (ou encore de la sensibilité horizontale)...... Pourquoi la tension est-elle qualifiée de continue?... 4. Quelques caractéristiques d une tension alternative périodique Période d'une tension alternative et périodique La figure ci-dessus représente une tension alternative sinusoïdale. (voir aniation sur la tension alternative) Le ot alternatif signifie que cette tension est alternativeent et ; si cette tension fait circuler un courant, celui-ci est alternativeent dans un sens et dans le sens inverse (aniation PhET Colorado) Observez la figure ci-dessus. A l'instant t l, la tension u est axiale puis elle diinue et augente jusqu'à retrouver, à l'instant t 2, sa valeur axiale. L'intervalle de teps t 2 t 1, représente une.. de la tension u. De êe, on a une période entre les instants t 3 et t 4 où la tension est nulle et décroissante. On dit que la tension u est périodique, de période T. La période d une tension périodique est la durée en secondes (s) séparant deux passages consécutifs de celle-ci par une êe valeur, avec le êe sens de variation. 3
Définition de la période La période T d un phénoène périodique est la plus courte durée au bout de laquelle il se reproduit identique à lui-êe. Fréquence d'une tension alternative et périodique La fréquence d'une tension sinusoïdale est le nobre de périodes en 1 seconde. La fréquence est notée f. On l'obtient en cherchant cobien de fois la période T (en s) est contenue dans 1s. Dans le systèe international, les fréquences s'exprient en hertz (Hz). La période est l'inverse de la fréquence (et réciproqueent). 1 f en Hertz (Hz) f T T en secondes (s) Tension axiale et tension crête à crête La tension axiale U (ou aplitude) apparaît sur la figure ci-dessus; on voit que la tension u varie entre U et U, La tension 2 U : différence entre la valeur axiale U et la valeur iniale U porte le no de tension crête à crête U. C'est elle que l'on esure pour obtenir la valeur de U cc. Pour aller plus loin : Pour une tension sinusoïdale uniqueent, on définit une autre grandeur la tension efficace U eff U 2 U U 2 cc U : eff La tension efficace est la valeur d'une tension continue qui perettrait de faire briller une lape de la êe façon que la tension alternative sinusoïdale d'aplitude U Tension continue 6V Tension alternative d'aplitude 8,5V La tension efficace U se esure avec un ultiètre, eff L'aplitude de la tension se "esure" sur un écran d'oscilloscope. 4
5. Mesures de tensions alternatives délivrées par un générateur de tension basse fréquence Lancer le siulateur d'un oscilloscope onocourbe : Oscilloscope Relier l'oscilloscope à un générateur de tension basse fréquence GBF. Le GBF est un générateur capable de délivrer des tensions variables de fores, de fréquences et d aplitudes ajustables. Régler la tension fournie sur 6V Régler la fréquence sur 50Hz Régler l'oscilloscope : - pour observer au oins une période sur l'écran - pour que la déviation verticale soit axiale Copléter le tableau et l écran suivant : Générateur alternatif de 6V (50Hz) Sh =.div -1 Sv=.div -1 Nbre de divisions pour une période x = T = Yv axiale = div U cc = f = U = Calculer la tension efficace à partir de la valeur de U trouvée.... 6. S entraîner à régler l oscilloscope et à faire des esures Exercice d application avec le siulateur 1. Afficher sur l écran de l oscilloscope une tension créneaux de 10V d aplitude et de 250 Hz de fréquence 2. Reproduire l'écran de l'oscilloscope et préciser les réglages. 1. Afficher sur l écran de l oscilloscope une tension sinusoïdale de 4V d aplitude et de 1000 Hz de fréquence. 2. Reproduire l'écran de l'oscilloscope et préciser les réglages. S v =.V/ S h =.s/ S v =.V/div S h =.s/div 5
Pour aller plus loin : Les différentes fonctions du GBF Sans toucher au réglage de l oscilloscope, anipuler les fonctions du GBF, rearquer la conséquence sur la courbe observée et en déduire le rôle de la fonction testée : Rôle de la fonction 7. Utilisation de l'oscilloscope réel Mettre en arche l'oscilloscope Faire les réglages préliinaires de l'oscilloscope : Régler l'intensité luineuse du spot Placer la touche AC-DC-GD sur la position GD (cela supprie toute tension à l'entrée) Centrer le spot sur l'écran en utilisant les boutons Ypos et Xpos Placer la touche AC-DC-GD sur la position AC (cela peret d'observer des tensions alternatives) On souhaite étudier la tension fournie par un générateur 6V alternatif. Relier le générateur à l'entrée A de l'oscilloscope Relever l'oscillograe et copléter le tableau suivant : Générateur alternatif de 6V (50Hz) Sh =.div -1 Sv=.div -1 Nbre de divisions pour une période x = T = f = Yv axiale = div U cc = U = Recherche sur internet : quelle sont les caractéristiques de la tension du secteur? Tension du secteur T = f = U cc = U = U eff = Utilisation de l'oscilloscope pour l'étude d'un son 6
Pour savoir si vous avez bien copris, lancer le siulateur suivant : Oscilloscope Entraînez vous et enfin faites les exercices d évaluation ci-dessous. QCM sur la tension alternative Exercices en ligne Autres exercices : Exercice 1 1. Déteriner la fréquence d'une tension sinusoïdale de période 10µs. 2. Quelle est la période d'une tension de fréquence 350Hz. 3. Quelle est la période d'une tension de fréquence 23kHz. Exercice 2 1. Le balayage est positionné sur la valeur 0,5s.div -1 et la sensibilité verticale sur 2V.div -1. Déteriner la période et la valeur axiale de la tension ci-dessous. 2. Quelle est la fréquence de cette tension? 3. Quelle est la valeur efficace de cette tension? Exercice 3 Une tension se reproduit identique à elle êe sur un intervalle de 6 divisions. Sachant que la base de teps est réglée sur 0,1s.div -1, quelle est la période de cette tension? 7
IV. Utilisation de crocodile physics Exercice 1 Réaliser le circuit ci-contre en choisissant : - un conducteur ohique de résistance R = 10. - un GBF délivrant une tension sinusoïdale de fréquence 50Hz et d aplitude 10V. - un apèreètre. - un oscilloscope esurant U R, réglage oscilloscope ci dessous : Questions 1. Dans la liste suivante, entourer les teres qui s'appliquent la tension esurée : continue ; périodique ; sinusoïdale ; alternative ; variable ; triangulaire. 2. a. Que peut-on dire de la valeur de l intensité du courant électrique passant à travers R (pensez à la loi d'oh) b. Que peut-on dire du sens du courant électrique passant à travers R. Exercice 2 Questions 1. Entourer les teres qui s'appliquent la tension esurée : continue ; périodique ; sinusoïdale ; alternative ; variable ; triangulaire. 2. a. Que peut-on dire de la valeur de l intensité du courant électrique passant à travers R. b. Que peut-on dire du sens du courant électrique passant à travers R. Exercice 3 Questions 1. Entourer les teres qui s'appliquent la tension esurée : continue ; périodique ; sinusoïdale ; alternative ; variable ; triangulaire. 2. a. Que peut-on dire de la valeur de l intensité du courant électrique passant à travers R. b. Que peut-on dire du sens du courant électrique passant à travers R. 8
Recherche de la diode. ANNEXE Menu dans lequel se trouve les diodes Sondes oscilloscope GBF écran oscilloscope (graphique) Pause : peret de stabiliser les courbes Réglage du GBF Réglage de l oscilloscope 9
III. Utilisation d'un oscilloscope et d'un GBF Matériel Professeur GBF oscilloscope fils Résistances 1k et 470 Condensateur 1 F Générateur ajustable 6V continu et 6V alternatif Deux lapes identiques Oscilloscope à éoire GBF icrophone 10