TP 5 Circuits en régime continu - Utilisation du GBF et de l

TP 5
Circuits en régime continu - Utilisation
du GBF et de l’oscilloscope
5.1 Étude de circuits en régime continu
Expérience 1 : Estimation de la conductivité de conducteurs.
But de cette partie : On se propose de vérifier que la résistance d’un fil conducteur est proportionnelle à sa longueur, et, connaissant sa section, d’en déduire la conductivité du matériau dont
il est constitué. On rappelle l’expression qui relie la résistance r d’un fil à sa conductivité σ, à sa
section S et à sa longueur ℓ :
ℓ
r=
(5.1)
σS
La résistance r d’un fil peut être mesurée de deux façons :
– soit directement en utilisant un ohmmètre (en plaçant le sélecteur du multimètre sur la position
Ω)
– soit en faisant passer un courant I connu à travers le fil et en mesurant la tension Ur à ses
bornes.
1. Dans le premier cas, mesurer r en faisant varier la longueur ℓ.
Analyse : voir feuille de résultats.
2. Dans le second cas, le circuit à réaliser est celui de la figure (7.1). Prendre une source de
tension continue délivrant E=5 V. Pour la résistance R, prendre une boîte à décades en réglant la
valeur à R = 100 Ω. Le fil est isolé sur une plaque en bois, le diamètre du fil Φ est indiqué sur la
plaque.
Pour mesurer I, mesurer R à l’ohmmètre puis mesurer UR aux bornes de R une fois le circuit
fermé. Mesurer ensuite Ur .
Analyse : voir feuille de résultats.
Expérience 2 : Pont diviseur I
Réaliser le circuit représenté par la figure (5.2) avec E=5 V et R1 =1 kΩ.
Analyse : voir feuille de résultats.
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TP 5. CIRCUITS EN RÉGIME CONTINU - UTILISATION DU GBF ET DE L’OSCILLOSCOPE
R
I
E
fil
F IGURE 5.1: Circuit comportant un fil de résistance r et de conductivité σ inconnues.
U1
R1
U2
R2
E
I
F IGURE 5.2: Circuit pont diviseur I.
Expérience 3 : Pont diviseur II
Réaliser le circuit représenté dans la figure (5.3). On se placera dans le cas R1 = R2 = R et
R3 = R4 = R5 = 2R avec R=100 Ω et on fixera la tension continue délivrée par le générateur à la
valeur E= 10 V (générateur de tension continue). On négligera la résistance interne du générateur
de tension.
1. Mesurer les différences de potentiel E (aux bornes du générateur), U3 et U4 .
2. Débrancher le générateur, le remplacer par un fil et mesurer à l’ohmètre la résistance équivalente Req « vue » depuis R5 .
Analyse : voir feuille de résultats.
5.2 Utilisation du GBF et de l’oscilloscope
Un générateur basses fréquences a pour rôle de générer une tension périodique, dont on peut
régler la forme (sinusoïdale ou non), la fréquence (et donc la période), l’amplitude ainsi qu’un
5.2. UTILISATION DU GBF ET DE L’OSCILLOSCOPE
R1
E
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R2
U3
R3
U4
R4
R5
F IGURE 5.3: Circuit pont diviseur II.
éventuel « décalage » (offset en anglais) continu.
L’oscilloscope mesure des tensions et permet de les visualiser. Il sert à observer les signaux soit
continus, soit variables dans le temps (par exemple ceux produits par le GBF ou issus du circuit
étudié). Il crée un spot (tache) lumineux qui lorsqu’il balaie, de manière assez rapide, l’écran donne
la sensation d’un trait lumineux. On peut régler la vitesse de balayage (Time/div) du « spot » ainsi
que les sensibilités verticales (V/div).
5.2.1 Le Générateur Basse Fréquence (G.B.F.)
Repérer sur le G.B.F. les différents boutons :
– Interrupteur situé sur la façade arrière : met l’appareil sous tension (en fonctionnement),
– 3 boutons qui permettent de choisir la forme de la tension délivrée : sinusoïdale, triangulaire
ou carrée (créneaux),
– Le curseur qui permet de changer la fréquence de la tension,
– LEVEL : change l’amplitude (ou niveau de sortie) de la tension,
– DC OFFSET : rajoute une composante continue (offset) au signal.
– OUTPUT 50Ω : sortie pour les signaux alternatifs.
5.2.2 L’oscilloscope
Repérer sur l’oscilloscope les différents boutons :
– POWER : allumer l’appareil,
– CH1 et CH2 : les voies d’entrée,
– LEVEL : règle la luminosité de la trace,
– FOCUS : règle la finesse de la trace,
– Qui permettent de centrer la trace sur l’écran en horizontal (X-POS) et en vertical (Y-POS),
– TIME/DIV : change la vitesse de balayage du spot,
– VOLTS/DIV : changer la sensibilité verticale d’une voie.
Le bouton DUAL permet de visualiser deux tensions en même temps et de mesurer leur déphasage. La fonction déclenchement, ou trigger (TRIG) permet de stabiliser la trace de la tension sur
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TP 5. CIRCUITS EN RÉGIME CONTINU - UTILISATION DU GBF ET DE L’OSCILLOSCOPE
l’oscilloscope. Les boutons AC/DC sur chaque voie permettent de supprimer la composante continue
d’un signal alternatif.
5.2.3 Mesures à l’aide de l’oscilloscope
– Mettre sous tension le G.B.F. et l’oscilloscope, puis relier la sortie du G.B.F. à la voie 1 de
l’oscilloscope. Réaliser le « zéro » (étalonnage) de la voie 1.
– À l’aide du GBF, choisir une tension sinusoïdale de fréquence voisine de 500 Hz, d’amplitude
environ égale à 2 V. Sur l’oscilloscope, choisir un calibre vertical de 1 V/div ainsi qu’une
vitesse de balayage de 0,5 ms/div.
– Agir sur le gain vertical (ou sensibilité) de la voie 1, observer les effets obtenus puis se placer
dans les meilleures conditions d’observation.
– Rajouter une composante continue à la tension sinusoïdale délivrée par le GBF. Comparer
les signaux visualisés sur l’oscilloscope quand on sélectionne les modes DC (composantes
alternative et continue) ou AC (composante alternative uniquement) sur le menu de la voie 1.
Analyse : voir feuille de résultats.
1. Mesure de la période ou de la fréquence
La période T est le temps mis par le signal pour revenir identique à lui-même. Mesurer T
en comptant le nombre de divisions et en multipliant par le calibre (affiché à l’écran). La
précision de la mesure peut être améliorée grâce au réglage des curseurs verticaux (l’écart
entre les deux curseurs est affiché sur l’écran). Une autre manière d’augmenter la précision
est de changer la sensibilité de balayage pour n’avoir qu’une période à l’écran. La fréquence
de ce signal est f = 1/T .
Analyse : voir feuille de résultats.
2. Mesure de l’amplitude
L’amplitude maximale Umax est la valeur maximale (positive ou négative) que peut prendre
le signal. La mesurer. L’amplitude crête à crête Ucc est donnée par l’écart entre la valeur max
et la valeur min du signal.
Analyse : voir feuille de résultats.