*Mesurer à l'oscilloscope une tension

(1)

Objectifs:

Noter dans le cahier de texte pour la séance prochaine:

A lire Documents pages 149 ;152-153.

Cahier de brouillon :exercices tests de 1 à 8 p154 ( solutions p251 ).

Cahier d’exercices :9,10,11, 12, 13,14,16,17,18,19 et 20 p155-159

Les exercices Tests ou " Vérifie tes connaissances " de chaque chapitre sont à faire automatiquement sur le cahier de brouillon pendant toute l’année.

Tous les schémas d'électricité sont à réaliser uniquement au crayon et à la règle.

CH10: L'oscilloscope

CH10: L'oscilloscope ( livre ch10 p144 ( livre ch10 p144 - - 159 ) 159 )

*Mesurer à l'oscilloscope une tension

^&

une période.

*Connaître la relation entre période et fréquence.

*Savoir ce que signifie « tension efficace »

* Connaître les caractéristiques de la tension du

secteur.

(2)

I ) L’ OSCILLOSCOPE .

L’oscilloscope sert à visualiser les tensions [ continues(CC,DC,= ) , alternatives (CA,AC, ) ou quelconques ].

Il est le seul appareil électrique à mesurer directement la valeur maximale U_M d’une tension alternative. Il existe plusieurs types d’oscilloscope .

-Mono-voie ( mono-courbe): Une seule entrée ( Y_A, A , I ) une courbe . -Bi-voies : Deux entrées [( Y_A, A , I ) ;( Y_B, B , II )]deux courbes

( bi-courbe).

L’oscilloscope peut remplacer simultanément deux voltmètres : V₁ Y_A , V₂ Y_B et COM masse ,GND.

A ) Rôle.

(3)

Interrupteur Marche-Arrêt et lampe témoin.

1 2 Réglage de luminosité du spot .

Réglage de concentration (focalisation) .

3 4

Choix de l'affichage des courbes : voie A seule, mode XY, voies A et B, voies A+B additionnées en une seule courbe, voie B seule.

6

Centrage HORIZONTAL (ou centrage X) du spot et des 2 traces A&B5 Sensibilité horizontale S_H,base de temps étalement horizontal en s/div

8 Calibre vertical (ou GAIN) des voies verticales (A B) en V/div. :S_v

7 Centrage VERTICAL (ou centrage Y) des deux voies A et B.

10 Type de tension applicable à la voie : AC: tension alternative seule DC : tension continue . GND : mise à 0 de la tension appliquée à la voie

11 Entrée de la voie A, I, Y_A. A l’aide d’une fiche BNC . 9 Touche d'inversion de signe de la tension

B) Les fonctions de l'oscilloscope.( FM p 149 )

1 1

2

11

3 3

4 4

8

8A 8B

7

7A 7B

5 5

10

10A 10B

9

6 6 6 6 6

(4)

3) Mettre le bouton marche/arrêt sur ON ,la DEL s’allume.

C) Réglages préliminaires.

1) Tous les boutons doivent être sortis. Les boutons VAR doivent être placés en bout de course à droite.

2) Placer le commutateur ou sélecteur de mode sur la masse ou GND ,0).

4) Si rien n’apparaît sur l’écran:

* ajuster l’intensité lumineuse du spot ou la focalisation 1

10

2 3

* régler le centrage vertical ou horizontal 7 4

5) Placer le spot sur l’axe des temps, il doit passer par l’origine.

6) Selon la nature de la tension , placer le commutateur :

* DC pour une tension continue.

* AC pour une tension alternative.

10

La courbe obtenue sur un oscilloscope s’appelle oscillogramme

(5)

( VOLT / DIV ) S_V = 2V/DIV ;

A) Division et graduation ( oscillogramme1 ).

On choisit la plus grande Sensibilité Horizontale ( S_H) ou base de temps.

( TIME / DIV ) : S_H = 50 ms / DIV = 0,050s / DIV

( le point lumineux met 50 ms ou 0,05s pour traverser une division ).

On règle la Sensibilité Verticale ( S_V ) ou Amplification verticale .

Chaque division est divisée en 5petites graduations : 1DIV = 5 graduations 1grad = 0,2DIV

En mode sans balayage et même avec balayage, on ne tient pas compte de S_H dans le calcul de la tension ! une division verticale lui correspond :1DIV

1DIV 4DIV

-3DIV 3,6DIV 1x2V= 2V

4x2V = 8V Quatre divisions :4DIV

Moins trois divisions: -3DIV -3x2V= -6V ( signe!)

Trois divisions et trois graduations:

3DIV + 3 x 0,2DIV= 3,6 DIV

3,6DIV 3,6 x2V 7,2V II) Observation d'une tension continue ( DC ).

0

Oscillogramme1

(6)

oscillogramme2

Quand on applique la tension le spot est dévié verticalement d’une valeur Y proportionnelle à la valeur de la tension mesurée.

S_V x Y U Y=3DIV

On veut mesurer la tension du générateur du collège. U = 6V ( DC).

Y = 3DIV , S_V =2V/DIV U= 2 x 3 = 6V

U= S

_V

x Y

S_V =

Y U

Y = S_V U

C) Mode avec balayage ( oscillogramme3 ).

On diminue S_H ( TIME / DIV ) jusqu’à obtenir une droite lumineuse.

S_H= mS/DIV. La valeur de la tension reste la même. U= S_V x Y Y=-3DIV

Si on inverse les bornes on obtient un point symétrique.

Si on inverse les bornes on obtient une droite symétrique.

B) Mode sans balayage ( oscillogramme2 ) .

oscillogramme3

Y=3DIV

Y=-3DIV

(7)

III) Observation d'une tension alternative sinusoïdale ( AC ).

de valeur maximale ou amplitude U_M =4V On choisit S_v = 1V/DIV ( S. verticale)

4V

et de fréquence f = 50 Hz.

et S_H=5ms/DIV) ( S.Horizontale) α

α α

α) On se propose de représenter une tension alternative (sinusoïdale)

1V/DIV

5ms/DIV AC

oscillogramme4 On obtient l’oscillogramme 4.

Repérer les valeurs maximales,tracer au crayon deux droites parallèles.

U_M

-U_M

U_M

-U_M

U_M

Reproduire au crayon la courbe obtenue sur l’oscillogramme 4.

A) Mode avec balayage

U_M = S_Vx Y

S_V= 1V/DIV Y = 4DIV U_M = 1x 4

U_M = 4 V

Y=4DIV 1) Influence de la sensibilité verticale S_V( V/DIV )

(8)

4V

AC

βββ

β) On ne touche pas aux réglages du GTBF : U_M =4V et f = 50 Hz.

On garde S_H=5ms/DIV) ( S.Horizontale) et on change S_v = 2V/DIV

2V/DIV

5ms/DIV

oscillogramme5

Y

-Y

On obtient l’oscillogramme 5.

Si S_V est multiplié par un nombre ( 2 ),Y est divisé par le même nombre ( 2 )

La tension maximale U_M = S_v x Y

U

_M

= 2 x 2 = 4 V

Y = 4 / 2 = 2

(9)

γγγγ) On ne touche toujours pas aux réglages du GTBF :U_M =4V et f = 50 Hz.

On garde S_H=5ms/DIV) ( S.Horizontale) et on change S_v = 5V/DIV

4V

AC

4V

5V/DIV

5ms/DIV

oscillogramme6

Y

-Y

On obtient l’oscillogramme 6.

Si S_V est multiplié par un nombre ( 2,5 ), Y est divisé ( 2,5 ); 4 / 2,5 = 0,8

La tension maximale U_M = S_v x Y

U

_M

= 5 x 0,8 = 4 V

(10)

4V

et S_H=5ms/DIV ( S.Horizontale) αα

αα) On se propose de représenter une tension alternative (sinusoïdale)

1V/DIV

5ms/DIV AC

T = S_Hx X

S_H= 5ms/DIV X = 4DIV T = 5 x 4

T = 20 ms = 0,02 s

2) Influence de la sensibilité horizontale S_H( ms/DIV )

La période T s’étale sur 4 divisions horizontales; X = 4DIV

X = 4DIV

Vérification f = 1/T = 1/0,02 f = 50 Hz

X = 4DIV

f = 50 Hz

(11)

4V

1V/DIV

5ms/DIV AC

X = 10DIV

βββ

β) On ne touche pas aux réglages du GTBF : U_M =4V et f = 50 Hz.

On garde S_V=1V/DIV) ( S.Verticale) et on change S_H = 2ms/DIV

T = S_Hx X

S_H= 2ms/DIV X = 10DIV T = 2 x 10

T = 20 ms = 0,02 s

Vérification f = 1/T = 1/0,02 f = 50 Hz

Si S_H est divisé par un nombre ( 2,5 ), X est multiplié ( 2,5 ); 4 x 2,5 = 10

La période T= S_Hx X .

T = 2 x 10 = 20ms=0,02s

f = 50 Hz

(12)

1V/DIV AC

4V

γγγγ) On ne touche pas aux réglages du GTBF : U_M =4V et f = 50 Hz.

On garde S_V=1V/DIV) ( S.Verticale) et on change S_H = 10ms/DIV

X = 2DIV

10ms/DIV

T = S_H x X

S_H= 10ms/DIV X = 2DIV T = 10 x 2

T = 20 ms = 0,02 s

Vérification f = 1/T = 1/0,02 f = 50 Hz

f = 50 Hz

Si S_H est multiplié par ( 2 ), X est divisé par ( 2 ); 4 / 2 = 2

La période T= S_Hx X .

T = 10 x 2 = 20ms=0,02s

(13)

AC

4V

III) Observation d'une tension alternative sinusoïdale ( AC ).

et S_H=50ms/DIV) ( S.Horizontale) On se propose de représenter une tension alternative (sinusoïdale)

1V/DIV

50ms/DIV

B) Mode sans balayage ( U_M ; U_eff )

Y=4DIV

Y=-4DIV U_CC=2xS_VxY

U_M =U_CC / 2

U_CC est la tension crête à crête = deux fois la tension maximale U_M

(14)

IV) Utilisation du simulateur O.V.A.O A) Tensions continues avec balayage.

Voie A: U₁= 4V ( S_V1= 2V/DIV ) Voie B: U₂= 6V ( S_V2= 5V/DIV )

Oscillogramme 11 DUAL : U₁ et U₂

ADD : U₁ et U₂ XY : U₁ et U₂

B) Tensions alternatives de même fréquence avec balayage.

f = 50Hz S_H= 5ms/DIV )

Voie A: U_1M= 4V ( S_V1= 2V/DIV ) Voie B: U_2M= 6V ( S_V2= 5V/DIV )

DUAL : U_1M et U_2M ADD : U_1M et U_2M

XY : U_1M et U_2M

Oscillogramme 12

(15)

A) Tensions continues avec balayage.

S_V Y₁ U4

2 = 2DIV

Y₁ = 2DIV

Voie A:U₁= 4V; S_V1= 2V/DIV Oscillogramme 11:

IV) Utilisation du simulateur O.V.A.O

(16)

Voie B:

( S_V2= 5V/DIV ) U₂= 6V

S_V Y₂ U6

5 = 1,2DIV Oscillogramme 11

Y₂ = 1,2DIV

(17)

: Y₂ = 1,2DIV Oscillogramme 11

DUAL : Voie A: U₁= 4V ( S_V1= 2V/DIV ) Voie B: U₂= 6V ( S_V2= 5V/DIV )

: Y₁ = 2DIV

Y₂ = 1,2DIV

Y₁ = 2DIV U₁ = 4V

U₂ = 6V

(18)

: Y₂ = 1,2DIV

Oscillogramme 11 ADD Voie A: U₁= 4V ( S_V1= 2V/DIV )

Voie B: U₂= 6V ( S_V2= 5V/DIV )

: Y₁ = 2DIV

Y₃ = 3,2DIV

Y₃ = 3,2DIV U₃ = 10V

(19)

: Y = 1,2DIV

Oscillogramme 11 XY Voie A: U₁= 4V ( S_V1= 2V/DIV )

Voie B: U₂= 6V ( S_V2= 5V/DIV )

: X = 2DIV

X= 2DIV;U₁ = 4V

Y= 1,2DIV U₂= 6V

(20)

Voie A: U_1M= 4V ; ( S_V1= 2V/DIV ) Oscillogramme 12

f = 50Hz ,S_H= 5ms/DIV )

Y₁ = 2DIV

Y₁ = 2DIV T = S_H x X

X = 4DIV

X = 4DIV ;S_H= 5ms/DIV. T = 5 x 4 T = 20ms T = 0,02s

f = 1/T f = 1/0,02 f = 50Hz

(21)

Voie B: U_2M= 6V ; ( S_V1= 5V/DIV ) Oscillogramme 12

f = 50Hz ,

S_H= 5ms/DIV )

Y₂ = 1,2DIV

T = S_H x X X = 4DIV ;S_H= 5ms/DIV. T = 5 x 4 T = 20ms T = 0,02s

f = 1/T f = 1/0,02 f = 50Hz

Y₂ = 1,2DIV

X = 4DIV

(22)

f = 50Hz S_H= 5ms/DIV )

Voie A: U_1M= 4V ( S_V1= 2V/DIV ) Voie B: U_2M= 6V ( S_V2= 5V/DIV ) DUAL : U_1M et U_2M

X= 2DIV;

U_1M = 4V Y= 1,2DIV

U_2M= 6V

X = 4DIV

(23)

f = 50Hz S_H= 5ms/DIV )

Voie A: U_1M= 4V ( S_V1= 2V/DIV ) Voie B: U_2M= 6V ( S_V2= 5V/DIV ) ADD : U_1M + U_2M

U_M = 10V

Y= 3,2DIV

X= 4DIV;

(24)

f = 50Hz S_H= 5ms/DIV )

Voie A: U_1M= 4V ( S_V1= 2V/DIV ) Voie B: U_2M= 6V ( S_V2= 5V/DIV ) XY : U_1M et U_2M

X= 2DIV;

U_1M = 4V

Y= 1,2DIV U_2M= 6V

(25)

C) Tension continue U₁ et une tension alternative U_2M avec balayage.

Voie A: U_2M= 4V ( S_V1= 2V/DIV )

Voie B: U₁= 10V ( S_V2= 5V/DIV ) Oscillogramme 14 DUAL : U₁ et U_2M

f = 50Hz S_H= 5ms/DIV

U₁

U_2M

Voie A DUAL

Voie B

(26)

C) Tension continue U₁ et une tension alternative U_2M avec balayage.

Voie A: U_2M= 4V ( S_V1= 2V/DIV ) Voie B: U₁= 10V ( S_V2= 5V/DIV )

ADD : U₁ + U_2M Oscillogramme 15 f = 50Hz S_H= 5ms/DIV

ADD

(27)

C) Tension continue U₁ et une tension alternative U_2M avec balayage.

Voie A: U_2M= 4V ( S_V1= 2V/DIV ) Voie B: U₁= 10V ( S_V2= 5V/DIV )

XY : U₁ et U_2M Oscillogramme 15 f = 50Hz S_H= 5ms/DIV

XY

(28)

D) Tensions alternatives de fréquences différentes avec balayage.

f₁ = 50Hz S_H= 5ms/DIV

DUAL : U_1M et U_2M Oscillogramme 16 f₂ = 100Hz

(29)

f₁ = 50Hz S_H= 5ms/DIV

ADD : U_1Met U_2M Oscillogramme 17

f₂ = 100Hz

(30)

f₁ = 50Hz S_H= 5ms/DIV

XY : U_1M et U_2M Oscillogramme 17

f₂ = 100Hz

(31)

E) Tension délivrée par une génératrice de bicyclette.

N₁ = 500 tours/minute S_H= 5ms/DIV

S_V= 2V/DIV

(32)

N₁ = 1000 tours/minute S_H= 5ms/DIV

S_V= 2V/DIV

(33)

N₃ = 2000 tours/minute S_H= 5ms/DIV

S_V= 2V/DIV