ANNEXE 2- LE PROBLEME DES MASSES 1. La masse La masse dans un circuit électrique est la branche origine des potentiels électriques. Dans la grande majorité des cas le potentiel électrique de cette branche est de 0 V mais il peut ne pas être constant et accidentellement à un potentiel différent de 0 V. A uAB VA D B VB « masse » La plupart des appareils présentent des parties extérieures métalliques conductrices (boîtier, radiateur, vis...) pouvant être touchées par l'utilisateur. Elles constituent la carcasse de l’appareil et définissent la masse carcasse. Elle est reliée à la terre dont le potentiel est constant et de valeur conventionnellement fixée à 0 V et dont la résistance est nulle. Il est important que la carcasse et la terre soient reliées entre elles : le boîtier doit être au même potentiel que le sol pour interdire le passage du courant entre la carcasse et le sol. En effet nos pieds nous relient à la terre. Si nous touchons un point dont le potentiel électrique est différent de celui de la terre, un courant traverse notre corps conducteur. Si la différence de potentiel est forte, ce courant peut causer des dommages importants. Commentaire : Premier schéma : il n'est pas impossible qu'une des parties métalliques accessibles soit accidentellement mise en contact avec une partie du circuit électrique de l'appareil. Elle se trouve alors à un potentiel différent de celui de la terre, d'où un danger d’électrocution avec les appareils électriques reliés au secteur. secteu masse carcasse accidentellemen t à un potentiel terre : potentiel nul et résistance nulle 1 Second schéma : pour éviter ce problème, toutes ces parties métalliques sont reliées entre elles, l'ensemble formant la "carcasse" est relié à la terre par l'intermédiaire de la prise de terre. secteur masse carcasse dont le potentiel est nul car imposé par la terre Dans le cas général, vous choisirez comme masse de votre montage électrique la masse carcasse reliée à la terre du GBF ou de l’oscilloscope, de sorte que l’on parlera de "masse" sans autre précision. Son potentiel électrique est donc nul. Prises de l’instrumentation électrique : La prise de secteur d’un oscilloscope ou d’un Générateur Basse Fréquence (GBF) et leurs bornes d’entrée et de sortie ont les formes suivantes : Terre V borne rouge= Signal V T signal borne noire=Terre prise secteur cable coaxial T est la prise de terre. Entre A et B, on recueille la tension sinusoïdale V A – VB de fréquence 50 Hz délivrée par EDF, sa valeur efficace est 220 V. Sur ces appareils reliés au secteur, une des bornes (la borne noire, ou celle qui porte le symbole de la masse carcasse) est reliée à la masse carcasse, donc à la terre. Cela implique que les bornes noires ou masses de ces appareils sont reliées entre elles par l'intermédiaire de la terre (à travers tout le réseau électrique). Cette liaison n'est pas parfaite et on l'améliorera fréquemment en utilisant un fil. Cependant cela signifie que relier la borne rouge d'un appareil à la borne noire d'un autre appareil, les deux étant reliés au secteur, équivaut à mettre le premier en court-circuit ! La prise de secteur d’un multimètre ou du boîtier d’alimentation des amplificateurs opérationnels a la forme ci-contre. Ces appareils sont sans prise de terre, ils sont dits à masse flottante : deux contacts avec le secteur mais pas de contact avec la terre T. On peut brancher ces appareils où l’on veut dans le circuit, ils se référencient au point relié à leur borne noire. Si celle-ci est reliée à la borne noire du GBF ou de l’oscilloscope, alors elle est à la terre. 2 2. Visualisation d’une caractéristique réelle à l’oscilloscope Première approche : X D i i masse de l’oscilloscope GBF iR = 0 R0 masse du générateur i La résistance de la terre est nulle Y i terre En branchant directement l’association dipôle-résistance sur le générateur, nous relions à la terre deux points distincts du circuit, ils sont ainsi au même potentiel nul. La résistance R0 est court-circuitée (ses deux bornes sont à la terre de potentiel 0 V), plus aucun courant ne la traverse car il emprunte le « raccourci » passant par la terre. Ce problème constitue un conflit de masse, il empêche le bon fonctionnement du circuit. La voie Y de l’oscilloscope est « plate », elle indique un potentiel électrique égal à 0. Pour l’éviter, nous utilisons le générateur au travers d’un transformateur d’isolement. En régime sinusoïdal il délivre entre ses bornes de sortie une tension identique à celle qui lui est appliquée en entrée mais aucun potentiel de sortie n’est fixé. La tension de sortie est dite flottante. Sur la partie droite du montage ci-dessous, la masse terre n’est plus fixée a priori. On peut donc choisir de la placer où l’on veut dans le circuit grâce à la masse terre de l’oscilloscope (entre R0 et D ci-dessous). uX X i D GB F R0 uY Y i1 X i i GB F masse du GBF R0 i1 iT = 0 Y uY uX D i masse de l’oscilloscope terre Le circuit ainsi constitué permet en XY (ou en lissajous) l’affichage direct de la caractéristique dynamique d’un composant sur l’oscilloscope. Aux faibles fréquences, nous révélons la caractéristique statique. 3