I- L'oscilloscope.

1)- Présentation.

-  C'est un appareil à faisceau d'électrons. Il comprend :

-  Un canon à électrons

-  Une plaque fluorescente

-  Des plaques de déviation. Les plaques Y et Y' sont les plaques de déviation verticale et les plaques X et X' sont les plaques de déviation horizontale.

Le canon à électrons

L'oscilloscope au Lycée :

2)- Le balayage.

- Ce dispositif permet au spot lumineux de se déplacer horizontalement avec une vitesse constante réglable.

-  Le spot se déplace de gauche à droite puis revient à gauche instantanément et repart.

- Pour faire varier la vitesse, on utilise le bouton : base de temps ou durée de balayage.

-  À partir d'une certaine vitesse, on observe une ligne lumineuse horizontale.

-  La persistance des impressions lumineuses sur la rétine ne permet plus de distinguer le déplacement du spot lumineux.

-  Lorsque le balayage est enclenché, la courbe obtenue donne les variations de la tension appliquée aux plaques Y, Y' en fonction du temps.

3)-  Utilisation de l'oscilloscope comme voltmètre.

-  L'oscilloscope utilisé possède 2 voies : la voie Y_A (ou 1) et la voie Y_B (ou 2).

  Montage 1 :

- Reliez la borne P (+) de la pile <=> à la borne entrée E (rouge) de l'oscilloscope

- La borne N (-) de la pile <=> à la borne sortie M (noire) de l'oscilloscope

-  En conséquence, on applique à l'oscilloscope la tension :

-  U_EM = U_PN, la ligne lumineuse se déplace vers le haut de y₁

  Montage 2 :

- Reliez la borne P(+) de la pile <=> à la borne sortie M (noire) de l'oscilloscope

-  La borne N(-) de la pile <=> à la borne entrée E (rouge) de l'oscilloscope

- En conséquence, on applique à l'oscilloscope la tension :

- U_EM = U_NP, la ligne lumineuse se déplace vers le bas de y₂ = - y₁.

- Remarques importantes :

- La déviation verticale y est proportionnelle à la tension : U_EM = k.y

- Si U_EM > 0, la déviation se produit vers le haut

-  Si U_EM < 0, la déviation se produit vers le bas.

-  k est le coefficient de sensibilité verticale, exprimé en V / div.

4)-  La sensibilité verticale.

- L'oscilloscope possède différents calibres.

-  On utilise le bouton gradué en Volts par division.

- Exemple 1 : k = 0,50 V / div et y₁ = 3,0 div :

- U_EM = k.y₁

- U_EM ≈ 0,50 × 3,0

- U_EM = 1,5 V

-  Exemple 2 : k = 0,50 V / div et y₂ = − 3,0 div :

- U_EM = k.y₂

- U_EM ≈ 0,50 × (− 3,0)

- U_EM = − 1,5 V

5)- Utilisation du balayage.

- Il permet de visualiser les variations de la tension en fonction du temps.

-  Avec la pile, on obtient une ligne lumineuse horizontale.

-  On dit que la tension est continue.

II- Visualisation d'une tension variable.

1)- Sans balayage.

- On utilise un G.B.F et l'on fait varier la fréquence de la tension.

-  On remarque que le spot se déplace verticalement.

-  Si on augmente la fréquence, on obtient un segment vertical.

2)- Avec balayage.

- On visualise les variations de la tension au cours du temps.

- Réglages de l’oscilloscope : k = 2,0 V / div et b = 5,0 ms / div

-  A partir de l'oscillogramme, on peut déterminer la période T de la tension et en déduire la fréquence f.

- On peut aussi déterminer la valeur U_CC de la tension de crête à crête, en déduire l'amplitude U_m de la tension.

- Lorsque l'on est en présence d'une tension sinusoïdale, on peut aussi en déduire la valeur efficace U de la tension.

- Période de la tension

- T = b.x

- T ≈ 5,0 × 4,0

- T ≈ 20 ms

- T = 2,0 × 10 ^{– 2} s

- Fréquence de la tension :

- 

- Tension de crête à crête : k = 2,0 V / div et  y_CC ≈ 5,6 div

- U_CC = k . y_CC

-  U_CC ≈ 2,0 × 5,6

- U_CC = 11,2 V

- Amplitude de la tension :

-  

- Valeur efficace de la tension : (En courant sinusoïdal seulement)

- 

III- La tension sinusoïdale.

1)- La période.

 La période T est la plus petite durée au bout de laquelle la tension se reproduit identique à elle-même. L'unité de période est la seconde symbole s.

-  La connaissance de la durée de balayage et du déplacement horizontal permettent de déterminer la période d'une tension avec un oscilloscope.

-  Exemple :

-  Durée de balayage : b = 2,00 ms / div

-  Déplacement horizontal : x = 4 div

-  Valeur de la période :

-  T = b . x

-  T ≈ 2,00 × 4

-  T ≈ 8 ms

2)- La fréquence.

  La fréquence f est le nombre de période par seconde. C'est l'inverse de la période.

-     

-  L'unité de fréquence est l'hertz, symbole Hz.

-  Pour obtenir la fréquence en Hz, il faut exprimer la période en seconde.

-  Exemple : T = 8 ms

-   

3)- La tension crête à crête et l'amplitude.

-  Une tension alternative périodique varie au cours du temps entre une valeur maximale positive et une valeur minimale négative.

-  L'écart entre ces deux valeurs est appelée tension de crête à crête notée U_cc = k.y_CC

-  Dans le cas d'une tension sinusoïdale, les valeurs extrêmes sont égales en valeur absolue, dans ce cas, on peut définir l'amplitude de la tension alternative sinusoïdale :

- 

4)- Tension délivrée par l'E.D.F.

-  La tension du secteur délivrée par l'E.D.F est sinusoïdale de fréquence f = 50 Hz

-  Le voltmètre en position alternatif permet de mesurer la valeur efficace de la tension U = 220 V

-  L'oscilloscope permet de déterminer la valeur de l'amplitude de la tension U_m

-  Pour une tension sinusoïdale :

IV- Autres tensions périodiques.

-  Présentation du G.B.F :

- Tension de forme sinusoïdale :

Réalisé avec le logiciel Crocodile Physics 1.7

-  Tension de forme triangulaire (forme, période et fréquence, tension crête à crête).

ou

-  Tension de forme carrée (forme, période et fréquence, tension crête à crête).

ou

V- Application : exercices 10, 11, 17, 22 page 32-34