Elec N° 02 :
Visualisation

d'une tension à

l'oscilloscope.

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Exercices

 

   

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I - L'oscilloscope.
1)- Présentation.
2)- Le balayage.
3)- Utilisation de l'oscilloscope en voltmètre.
4)- Sensibilité verticale.

5)- Utilisation du balayage.

II - Visualisation d'une tension variable.

1)- Sans balayage.

2)- Avec Balayage.

III- La tension sinusoïdale.
1)- La période.
2) La fréquence.

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

4)- Tension délivrée par l'E.D.F

IV- Autres tensions périodiques.

 

V- Applications.

exercices 10, 11, 17, 22 page 32-34

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 YA (ou 1) et la voie YB (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 :

-    UEM = UPN, 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 :

-  UEM = UNP, la ligne lumineuse se déplace vers le bas de y2 = - y1.

-  Remarques importantes :

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

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

-  Si UEM < 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 :

-  UEM = k.y1

-  UEM0,50 × 3,0

-  UEM = 1,5 V

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

-  UEM = k.y2

-  UEM0,50 × (− 3,0)

-  UEM = 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 augment 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 UCC de la tension de crête à crête, en déduire l'amplitude Um 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   yCC ≈ 5,6 div

-  UCC = k . yCC

-  UCC2,0 × 5,6

-  UCC = 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 Ucc = k.yCC

-  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 Um

-  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