PHQ260 Circuits en régime transitoire
Objectifs : Se familiariser avec les phénomènes transitoires dans les circuits élec- triques.
Caractériser les diérents régimes d'amortissement dans un circuit RLC.
Manipulations expérimentales
Partie 1. Le Circuit RC
a) Réaliser le circuit RC suivant :
V
R=20 kΩ C=0.01µF RS
S VC
VS'
Figure 1: Circuit RC.
VS : Source Rigol DG1022 avecRS, la résistance interne de cette source.
VC : Mesure avec oscilloscope (CH2) VS0 : Mesure avec oscilloscope (CH1)
b) ObserverVS0(t)etVC(t)à l'aide de l'oscilloscope. Choisiir l'amplitude de votre source et un décalage CC de façon à pouvoir générer une onde carrée entre 0 et 10 Volts. Régler la fréquence de la source de façon à observer une charge et une décharge quasi-complètes de la capacité à l'intérieur d'une période de l'onde carrée.
c) Enregistrer sur une clé USB vos signaux de VS0(t) et VC(t) pour une période complète telles qu'observées à l'oscilloscope. Permuter R et C et enregistrer le signal VR(t).
d) Remplacer la résistance R de 20 kΩpar une résistance de 100 kΩet enregistrer de nouveau, sur une clé USB, vos signaux de VS0(t),VR(t) et VC(t) pour une période complète, tels qu'observés à l'oscilloscope.
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Résultats et analyse
Pour R = 20 kΩ et 100 kΩ, tracer VS0(t),VR(t) etVC(t) et discuter de l'allure de ces signaux ;
Tracer un graphique de VC(t) en fonction du temps, pour chacune des deux résis- tances utilisées, dans la zone de décharge du condensateur. Choisir correctement les échelles du graphique pour bien mettre en évidence la constante de temps de décharge du condensateur (τexp). Comparer les valeurs de τexp avec les prévisions théoriques. Discuter.
Partie 2. Le circuit RLC (étude des trois régimes d'amortissement) a) Réaliser le circuit RLC suivant en utilisant la source Rigol DG1022 :
VS VS
R R
L bobine
source
S
C RL Vo
Figure 2: Circuil RLC série.
Prendre L = 25 mH, C = 0.01μF et une boite à décade pour R. La résistanceRLcorrespond à la partie résistive de l'inductance L tandis que RS correspond à la résistance interne de la source.
b) Réglerz la source pour qu'elle émette une onde carrée (-10V à +10V) à une fréquence de 100 Hz. Choisir R = 100 Ωan que le circuit soit dans le régime sous-amorti. Observer VS0(t)et V0(t)à l'oscilloscope et enregistrer ces données sur une clé USB. Noter la valeur de la fréquence des oscillations, telle que donnée par l'oscilloscope.
c) Dans ce régime sous-amorti, avec les curseurs de l'oscilloscope, mesurer les amplitudes absolues des maxima de V0(t) ainsi que les positions temporelles de ces maxima.
d) Augmenter R de façon à atteindre l'amortissement critique, caractérisé par la disparition des oscillations du régime sous-amorti. Noter la valeur deRcritainsi obtenue. Enregistrer les signaux VS0(t) etV0(t) sur une clé USB.
e) AugmenterRde nouveau de façon à être dans un régime de sur-amortissement.
Noter votre valeur de R et enregistrer vos signaux VS0(t) et V0(t) sur une clé USB.
4.2
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f) Revenir dans le régime sous-amorti avec R=100Ω, et augmenter progressive- ment la fréquence. Observer les changements de forme de VS0(t) et V0(t) avec la fréquence et enregistrer quelques courbes typiques deV0(t)sur une clé USB an de pouvoir rendre compte de vos observations.
Résultats et analyse
Pour le régime sous-amorti, tracer les signauxVS0(t)etV0(t). Discuter de l'allure de ces signaux. Comparer la fréquence des oscillations deV0(t)avec la valeur théorique.
Toujours pour le régime sous-amorti, tracer le graphique approprié pour détermi- ner le coecient d'amortissement Γ (voir notes de cours : circuit RLC en régime transitoire). Comparer la valeur expérimentale tirée du graphique avec la valeur théorique. Discuter.
Pour le régime d'amortissement critique, tracer les signauxVS0(t)etV0(t). Discuter de l'allure de ces signaux. Comparer la valeur expérimentale de Rcrit à la valeur théorique.
Pour le régime de sur-amortissement, tracer les signaux VS0(t) et V0(t). Comparer la courbe expérimentale deV0(t) à la courbe théorique. Discuter.
Pour le régime sous-amorti, tracer les courbes deV0(t)prises à diérentes fréquences.
Discuter.
ÉVALUATION SOMMATIVE DES APPRENTISSAGES AU LABORATORE Note : L'évaluation se fera oralement au cours de la 2e séance de laboratoire.
Partie 1 : Circuit RC
Présenter votre graphique servant à déterminer la constante de temps de décharge du condensateur (τexp). Discuter.
Partie 2 : Circuit RLC
Pour le régime sous-amorti, présenter un graphique montrant vos signauxVS0(t) et V0(t). Discuter de l'allure de ces signaux. Comparer la valeur expérimentale de la fréquence des oscillations à la valeur théorique. Expliquer la procédure à utiliser pour déterminer le facteur d'amortissement.
Donner la valeur de la résistance R critique calculée pour avoir un régime d'amor- tissement critique.
mars 2018
4.3
