TP MPI  N° 03

Tension continue et Tension variable : étude à l'oscilloscope. Correction

Énoncé

I- Description de l'oscilloscope.

1)- Présentation.

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

-  Un canon à électrons

-  Un écran qui est constitué d’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.

-  Schéma :

2)- Le canon à électrons.

-  La cathode chauffée par un filament émet des électrons.

-  C’est l’effet thermoélectronique. 

-  Ces électrons sont accélérés par une anode creuse. Le canon à électrons projette un faisceau d’électrons. 

-  Par action sur la substance fluorescente de l’écran, ces particules provoquent l’apparition d’un spot lumineux.

3)- Les plaques de déviations.

-  Les plaques horizontales Y et Y’.

-  si elles sont reliées à des bornes + et –, elles permettent la déviation du spot vers le haut ou vers le bas. 

-  Ce sont les plaques de déviation verticale. 

-  On observe sur l’écran la tension électrique qu’elles subissent.

-  Remarque : la tension entre deux bornes A et B est égale à la différence de potentiel entre ces bornes.

-  On écrit : U_AB = V_A − V_B unité : volt (V)

-  Le potentiel électrique en un point représente l’état électrique de ce point ou le niveau électrique de ce point.

-  Les plaques verticales X et X’.

-  Elles permettent la déviation du spot de gauche à droite de l’écran.

-  Ce sont les plaques de déviation horizontale.

4)- La base de temps ou 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.

-  On appelle oscillogramme la figure visualisée sur l’écran d’un oscilloscope.

-  Elle est obtenue grâce au déplacement du spot.

Lorsque la durée totale du balayage de l’écran est inférieure à 0,10 s ( s = 10 ms / div),

-  la persistance rétinienne des impressions lumineuses permet d’observer un trait horizontal

 continu et stable.

II- Réglages préliminaires.

1)- Schéma de l’oscilloscope.

Cliquer sur l'image pour l'agrandir

2)- Réglages de base de l’oscilloscope.

Repérer sur l’oscilloscope, à l’aide de la fiche technique qui vous a été distribuée, les boutons qui permettent :

-  De mettre l’appareil sous tension,

-  De régler la luminosité du spot ou de la ligne lumineuse,

-  De régler la finesse du spot ou de la ligne lumineuse,

-  De centrer le spot ou la ligne lumineuse,

-  De changer la vitesse de balayage du spot.

 Allumer l’oscilloscope :

-  Régler la durée de balayage sur 0,2 s / div, ajuster la luminosité et la position du spot lumineux.

Indiquer les observations.

-  Faire un schéma de la face avant d’un oscilloscope.

-  Diminuer la valeur de la durée de balayage.

-  Observations et remarques.

III- Visualisation et mesure d’une tension continue à l’oscilloscope.

1)- Le montage :

Réaliser le montage suivant :

2)- Manipulation 1.

a)- Réglages.

-  Placer le bouton de sensibilité verticale de l’oscilloscope sur : 1 V / div.

-  Régler la tension U_PN = 3 V aux bornes de l’alimentation ajustable à l’aide d’un multimètre utilisé en voltmètre.

b)- Branchement 1 :

-  Relier le point A du circuit à l’entrée E borne rouge de l’oscilloscope et le point B du circuit à la borne noire M de l’oscilloscope (borne reliée à la masse).

-  Déterminer la valeur de la tension U_EM  appliquée à l’oscilloscope.

-  Comparer U_AB  et U_EM  lorsque l’interrupteur K est fermé.

c)- Branchement 2 :

-  Relier le point A du circuit à la borne noire M de l’oscilloscope (borne reliée à la masse) et le point B du circuit à l’entrée E borne rouge de l’oscilloscope.

-  Déterminer la valeur de la tension U_EM  appliquée à l’oscilloscope.

-  Comparer U_B  et U_EM  lorsque l’interrupteur K est fermé.

d)-     Conclusions.

3)- Manipulation 2.

a)-     Mesures.

-  Placer le bouton de sensibilité verticale de l’oscilloscope sur : 1 V / div.

-  Régler la tension U_PN aux bornes de l’alimentation ajustable à l’aide d’un multimètre utilisé en voltmètre. Compléter le tableau :

b)- Conclusion.

-  Que peut-on dire des grandeurs U_AB et y pour une même sensibilité k ?

-  En déduire une relation simple.

4)- Manipulation 3.

a)-     Mesures.

-  Régler la tension U_PN = 6 V aux bornes de l’alimentation ajustable à l’aide d’un multimètre utilisé en voltmètre.

-  Placer le bouton de sensibilité verticale k sur la position correspondant à la valeur maximale du coefficient. 

-  Diminuer progressivement la valeur de k et compléter le tableau :

b)- Conclusion.

-  Quelles sont les remarques que l’on peut faire ? 

-  En déduire la valeur de la sensibilité verticale k la mieux adaptée à la mesure..

-  Indiquer le mode opératoire permettant de mesurer une tension à l’oscilloscope.

IV- Visualisation d’une tension sinusoïdale à l’oscilloscope.

1)- Réglage préliminaire de l’oscilloscope.

Effectuer les réglages nécessaires enfin d’obtenir une ligne lumineuse au centre de l’écran.

2)- Réglage du générateur basses fréquences (G.B.F).

Allumer le G.B.F :

-  Régler la fréquence sur 1000 Hz

-  Placer le sélecteur d’amplitude sur la valeur 1 et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation.

-  Sélectionner le signal sinusoïdal sur le G.B.F.

3)- Montage :

Réaliser le montage suivant :

4)- Réglages.

Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

Que représente la courbe obtenue ? qualifier cette tension.

5)- Mesures.

a)- Période T et fréquence f.

b)- Mesure de la période T de la tension.

-  Repérer sur l’axe horizontal les deux points délimitant une période. 

-  Mesurer cette distance x séparant ces deux points à l’aide de la graduation.

-  Déterminer la valeur de la période à l’aide de l’oscillogramme. En déduire la valeur de la fréquence.

-  Modifier la valeur de la sensibilité s  de la durée de balayage. 

-  La période et la fréquence ont-elles changé ? Justifier la réponse.

-  Modifier la valeur de l’amplitude délivrée par le G.B.F. La période et la fréquence ont-elles changé ?

c)- Mesure des tensions.

-  Déterminer la valeur de la tension de crête à crête U_CC. 

-  En déduire la valeur de l’amplitude U_m ou la valeur maximale de la tension U_max sachant que

-  Ajouter un voltmètre aux bornes du conducteur ohmique afin de mesurer la valeur efficace U_e de la tension. 

-  Comparer U_m et U_e.

-  Calculer la valeur du rapport . Conclusion.

V- Tension sinusoïdale bis (Si le temps le permet).

1)- Réglage du générateur basses fréquences (G.B.F).

    Régler la fréquence sur 500 Hz. 

-  Placer le sélecteur d’amplitude sur la valeur 1 et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation. 

-  Sélectionner le signal sinusoïdal sur le G.B.F.

2)- Montage : idem III.

3)- Réglages.

Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

4)- Mesure des tensions.

-  Déterminer la valeur de la tension de crête à crête U_CC.

-  En déduire la valeur de l’amplitude U_m ou la valeur maximale de la tension U_max.

-  Ajouter un voltmètre aux bornes du générateur afin de mesurer la valeur efficace U_e de la tension.

-  Comparer U_m et U_e. Calculer la valeur du rapport . Conclusion.

Recommencer pour 1000 Hz, puis pour 2000Hz,…..

-  Reproduire et compléter le tableau suivant  et conclure.

VI- Tension  triangulaire (Si le temps le permet).

1)- Réglage du générateur basses fréquences (G.B.F).

Régler la fréquence sur 1500 Hz.

-  Placer le sélecteur d’amplitude sur la valeur 1 et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation.

-  Sélectionner le signal triangulaire sur le G.B.F.

2)- Montage : idem III.

3)- Réglages de l’oscilloscope :

Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

4)- Mesures.

a)-     Période T et fréquence f.

b)-     Mesure de la période T de la tension.

-  Déterminer la valeur de la période à l’aide de l’oscillogramme. 

-  En déduire la valeur de la fréquence.

c)-     Mesure des tensions.

-  Déterminer la valeur de la tension de crête à crête U_CC,  la valeur maximale de la tension U_max.

-  Ajouter un voltmètre aux bornes du conducteur ohmique afin de mesurer la valeur efficace U_e de la tension.

-  Comparer U_max et U_e.

- Calculer la valeur du rapport . Conclusion.

VII- Tension  carrée (Si le temps le permet).

1)- Réglage du générateur basses fréquences (G.B.F).

Régler la fréquence sur 600 Hz. 

-  Placer le sélecteur d’amplitude sur la valeur 1 et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation. 

-  Sélectionner le signal triangulaire sur le G.B.F.

2)- Montage : idem III.

3)- Réglages.

Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

4)- Mesures.

a)- Période T et fréquence f.

b)- Mesure de la période T de la tension.

-  Déterminer la valeur de la période à l’aide de l’oscillogramme. 

-  En déduire la valeur de la fréquence.

c)-     Mesure des tensions.

-  Déterminer la valeur de la tension de crête à crête U_CC,  la valeur maximale de la tension U_max.

-  Ajouter un voltmètre aux bornes du conducteur ohmique afin de mesurer la valeur efficace U_e de la tension. 

-  Comparer U_max et U_e.

- Calculer la valeur du rapport . Conclusion.