Chapitre 3 : L’oscilloscope, instrument de mesures et de traçage de tensions

Chapitre 3 : L’oscilloscope, instrument de mesures et de traçage de tensions

Un oscilloscope est un appareil permettant de tracer et visualiser automatiquement n’importe quelle tension en fonction du temps.

1/ Description de l’oscilloscope

2/ Mesures à l’oscilloscope

Dans poste de travail



Commun



Travail



3eme electricite LEPAROUX, ouvre l’animation « oscilloscope

réglage »

1/ Clique sur le bouton marche. La courbe n’est pas centrée. On dit que le « zero n’est pas fait ». Pour le faire :



Clique sur « Gnd » puis sur le bouton de réglage « Ypos » afin de la recentrer au milieu de l’écran.



Remets le sélecteur de tension en position « DC » 2/ Question : Que représentent chaque axe de l’oscilloscope :

Oscillogramme :

C’est la courbe de tension en fonction du temps

Réglage des positions horizontales et verticales de la courbe.

Sélecteur de tension : AC : alternative

DC : alternative et continue Gnd : Réglage du « zéro ».

Balayage : Enclenché : On Eteint : OFF

Générateur Basse fréquence Interrupteur Sensibilité verticale SV :

C’est le nombre de volt par carreau en vertical.

Ici : 1 carreau représente 2 V

Balayage Sh : C’est le nombre de seconde ou milliseconde par carreau en horizontal.

Ici : 1 carreau représente 1 ms

Réglage de l’intensité lumineuse du spot.

Tension Unité : V ou mV

Temps Unité : s ou ms ou µS

3/ Qu’observes-tu quand un générateur de tension continu (PILE) est branché…

4/ Qu’observes-tu quand un GBF est branché…

5/ Branche un générateur de tension continu (PILE) de 9V à l’oscilloscope.



Quel est la meilleure sensibilité verticale S

v

(V/Div) pour regarder le signal ? 5 V/div

 Dessine l’oscillogramme correspondant ci-dessous :



Explique pourquoi lorsque tu mets une sensibilité verticale de 2 V /div, le spot disparait de l’écran ?

Avec 2 V /div, le spot monte jusqu’à 4,5 carreaux. Or l’écran est limité à 4 carreaux. Il est donc hors de l’écran.

6/

Branche un GBF avec une tension de 6 V et une fréquence de 50 Hz.

 Quelle est la sensibilité verticale Sv la plus adaptée (V/div) ? 2 V/div

 Quelle est la sensibilité verticale Sv la plus adaptée (durée / div) ? 5ms/div

 Dessine l’oscillogramme correspondant

SANS balayage (OFF) AVEC balayage (ON)

SANS balayage (OFF) AVEC balayage (ON)

T

U

_max

Mesure de la période T à l’oscilloscope :

T ⁼

Nombre de grands carreaux horizontaux entre deux points qui se répètent

x

durée d’un carreau (durée / div)

T ⁼ 4 x 5 ms

T ⁼ 20 ms

Mesure de la tension maximale U

max

U max

= Nombre de carreaux verticaux du pic de la courbe

x

nombre de Volts par division (V/Div)

U max

⁼

3

x 2 V

U max

⁼

6 V

Vérification : Mesure de la période T à partir de la fréquence (faire le calcul)

T =  f = 

 = 0,02 s = 20 ms

(on retouve la même chose)

7/ Branche un GBF de tension 3 V et de fréquence 830 Hz.

 Quelle est la sensibilité verticale Sv la plus adaptée (V/div) ?

1 V/div

 Quelle est la sensibilité verticale Sv la plus adaptée (durée / div) ?

200 µs/div = 0,2 ms/div

 Dessine l’oscillogramme correspondant

Mesures :

8/ Application : On donne les oscillogrammes suivants :

Réglages : 2 V/div - 1 ms/div Mesures

 La période T = 5 x 1 ms = 5 ms

 La tension maximale Umax = 2,5 x 2 V = 5 V

 La fréquence f =  =  = 200 Hz

T = 6 x 200 µs=

= 1200 µs = 1,2 ms

U max = 3 x 1 V = = 3 V

Vérification de T par le calcul :

T = 

f = 

 = 0,0012 s

Réglages : 1 V/div - 0,5 ms/div Mesures

 La période T = 4 x 0,5 ms = 2 ms

 La tension maximale Umax = 3 x 1 V = 3 V

 La fréquence f =  =  = 500 Hz

3/ Tension efficace U

eff

VS Tension maximale U

max

: Quel lien entre les deux ? On peut mesurer une tension alternative et périodique avec deux appareils :

Voici un tableau de mesures :

Tension efficace U

eff

(avec un voltmètre) 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Tension maximale U

max (avec un oscilloscope)

0 1,4 2,8 4,2 5,6 7,0 8,4 9,8 11,2 1/ Y-a-t-il proportionnalité entre U

max

et U

eff

? Si oui, quel est le coefficient de proportionnalité ?

Oui, on passe de Ueff à Umax en multipliant par 1,40 environ

2/ Trace sur Libreoffice la courbe U

max

en fonction de U

eff

et détermine l’équation de la courbe tracée.

Trace l’aspect de la courbe sur le papier quadrillé ci-dessous. (utilise le tutoriel fait par ton prof)

3/Quelle est alors la relation mathématique entre Umax et Ueff ? Peut-on dire que la relation

Umax = Ueff x

 est valable ?

Umax = Ueff x 1,4



Umax = Ueff x

 est bien vérifié puisque  = 1,41 environ

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

f(x) = 1,4x - 0,0

Courbe Umax en fonction de Ueff

Ueff (en V)

Umax (en V)

Oscilloscope

Mesure une tension maximale

U max

Voltmètre en alternatif

Mesure une tension efficace

U eff

OU

Au cours d’une opération, l’électrocardioscope permet de suivre l'activité électrique du cœur du patient en fonction du temps.

L’enregistrement s’effectue à l’aide d’électrodes (doc 1).

On étudiera le rythme cardiaque du patient sur le document 3 ! 1/ Quel est le chiffre du rythme cardiaque ?

120

2/ A quoi correspond le nombre apparaissant sur l'écran ?

120 : C’est le nombre de battements en 1 minute.

3/ Comment fais-tu pour mesurer ton pouls ?

Avec des électrodes posées sur le corps, on mesure l’activité électrique du cœur. Sinon, avec un doigt posé sur une veine , cela marche aussi.

4/ Qu’est-ce que le rythme cardiaque ? (étudié en EPS et en SVT)

C’est l’activité électrique du cœur.

5/

De quelle grandeur parle-t-on quand on évoque un nombre par unité de temps (le nombre de fois qu’un phénomène a lieu par unité de temps) ?

 Période T  Fréquence f  Tension maximale Umax

6/ Comment s’appelle la courbe sur l’écran, que l’on peut aussi imprimer sur du papier (doc 2) ?

C’est l’électrocardiogramme

7/ L’axe vertical de l’écran de l’électrocardioscope représente…

 Une tension U en volt  Un temps t en s  Une intensité I en mA  Une tension U en millivolt 8/ L’axe horizontal de l’écran de l’électrocardioscope représente…

 Une intensité I en mA  Une tension U en millivolt  Une tension U en volt  Un temps t en s 9/ Quelle est la valeur d’un carreau vertical ? 0,5 mV / carreau

10/ Quelle est la valeur d’un carreau horizontal ? 0,25 s / carreau

11/ Avec quel appareil a

vons-nous déjà rencontré ce genre de courbes ? Avec l’oscilloscope 12/ La tension électrique du cœur est-elle périodique ? Si oui alors donne la valeur de la période T en s.

Oui, elle est périodique car un motif élémentaire se répète identiquement dans le temps. T = 2 x 0,25 s = 0,5 s

13/ Quelle est la valeur de la fréquence cardiaque, déduite de la mesure de la période T ?

f =



T

= 1/0,5 = 2 Hz

14/ Quelle est la valeur pic à pic de la tension produite par le cœur ? 2,5 carreaux x 0,5 mV = 1,25 mV

15/ Pourquoi l’appareil affiche-t-il alors le chiffre

120

?

Doc 2 :

Electrocardiographe et électrocardioscope Doc 1 : Placement des

électrodes sur le corps Doc 3 :

Electrocardioscope

Exercice sur le chapitre 3 : L’oscilloscope

Exercice 1 :

Sur un adaptateur, on a les indications suivantes : 230 V~ ; 50 Hz ; 9 W ; 7,5 - 9 - 12 V =.

1/ Quelle est la valeur efficace Ueff de la tension du secteur ? 230 V

2/ Quelle est sa fréquence f ? 50 Hz

3/ Cet appareil est-il adapté à la tension du secteur ? Oui, puisque on voit 230 V alternatif, caractéristique de la tension du secteur.

4/ Quel type de tension va délivrer cet adaptateur ? Indiquer les différentes valeurs possibles.

Une tension continue de 7,5 V, ou 9 V ou 12 V

Exercice 2 :

Sur Pour obtenir l’oscillogramme ci-dessous, l’élève a réglé la sensibilité verticale sur 15 V / div et le balayage sur 5 ms/div.

1/ Quelle est la période T de cette tension ? 5 x 5 ms = 25 ms

2/ Calcule sa fréquence f à partir de T?

f = 1/T = 1/0,025 = 40 Hz

3/ Quelle est la valeur maximale Umax de cette tension ? Umax = 3 x 15 V = 45 V

4/ Quelle est la valeur U

min

de cette tension ?

Umin = 3 x (-15 V) = - 45 V

Exercice 3 :

1/ Quelle est la valeur efficace Ueff de la tension du secteur en France ? 230 V

2/ Calcule sa valeur maximale Umax ? Umax = 230 x  = 324 V 3/ Quelle est la valeur de la fréquence f de la tension du secteur en France ?

f = 50 Hz

4/ Calcule la période T à partir de cette fréquence f.

F =  T = 

 = 0,02 s

5/ Aux USA, la tension du secteur n’est pas la même : Umax = 169 V et f = 60 Hz

a/ Calcule la période T : T =  f = 

 = 0,017 s b/ Calcule la tension efficace Ueff :

Ueff = 169/  = 120 V

Exercice 4 :

Cette tension délivrée par un GBF a pour caractéristiques : Umax = 8 V ; T = 0,6 s

1/ Calcule la fréquence f à partir de T : f = 

, = 1,7 Hz 2/ Sur quelle sensibilité verticale (V/div) a-t-on réglé l’oscilloscope ? 2 V /div

3/ Que quel balayage (s/div) a-t-on réglé l’oscilloscope ? 0,1 s / div

Exercice 5 :

On a représenté 4 oscillogrammes avec le même balayage (0,5 ms /div) et la même sensibilité verticale (2 V/div)

1/ Quels sont les deux « oscillogrammes » à présenter la même tension maximale Umax? Mesure-là : 3 et 4  6 V

2/ Quels sont les deux « oscillogrammes » à présenter la même période ? Mesure-là. 1 et 3  5 x 0,5 ms = 2,5 ms

3/ Pour l’oscillogramme n°2, si on avait réglé la sensibilité verticale sur 5 V /div, quel aurait été l’aspect de

l’oscillogramme. Dessine-le sur l’écran.

Oscillogramme n°1 Oscillogramme n°2 Oscillogramme n°3 Oscillogramme n°4 Oscillogramme (5 V / div)