TP-ÉLECTRONIQUE 2017-2018 TP N.01 Mesures à l’oscilloscope numérique OBJECTIFS DU TP — se (re) familiariser avec les fonctions de l’oscilloscope numérique , des générateurs (alimentation stabilisée et GBF) et des multimètres numériques . — en profiter pour effectuer quelques révisions d’électricité. 1 Description de la face avant : Un oscilloscope est un voltmètre permettant d’afficher une tension (ou plusieurs simultanément) en fonction du temps. L’appareil utilisé ici est un modèle numérique RIGOL DS-1000E qui permet de mémoriser les signaux reçus afin de les étudier même lorsque le phénomène qui les a produit est terminé. Pour mesurer la tension uAB sur la borne voie 1, il faut relier la borne A du circuit sur la borne rouge et la borne B sur la borne de masse (noire) de l’entrée 1 de l’oscilloscope. — — — — Vertical control : Réglages d’entrées et de sensibilités verticales. Horizontal control : Sensibilité horizontale. Tigger control : Mode et seuil de déclenchement. Run control buttons : Passage en mode tout automatique et Lancement d’une acquisition / Arrêt de l’enregistrement. — Common menu buttons : ”Mesure, curseur. . . ” — Multi-fonction Knob : Défilement dans les menus (validation en appuyant). — Signal input channel : Activation de l’affichage de la voie 1 ou 2 (des connexions doivent être réalisées sur la prise correspondante) — REF : Mémorisation et rappel d’une courbe. — Bouton Menu On/Off : Défilement dans les menus (validation en appuyant), Sélection dans les menus contextuels. — Bouton REF : Mémoriser des courbes et visualiser des courbes déjà mémorisée. L’oscilloscope est muni d’une clé USB, vous pourrez récupérer les oscillographes (par exemple au format bmp en appuyant sur save/recall du menu Measure. MPSI 1 http ://prepanouar.sup.fr TP-ÉLECTRONIQUE 2 Affichage sur l’écran LCD : 3 Réglages initiaux du GBF : 2017-2018 Voici les principales zones de réglages du GBF à connaı̂tre : Réglages initiaux du GBF : • les boutons LEVEL, SYMMETRY et DC OFFSET sont positionnés à mi-course ; • les boutons poussoirs -20 dB ne doivent pas être enfoncés. 4 Comment naviguer dans les menus ? — Pour ouvrir un menu il suffit de cliquer dessus. Par exemple on sélectionne le menu Measure, son contenu apparaı̂t tel que l’image ci-dessous. — Pour développer un sous-menu, on appuie sur le bouton situé à droite du sous-menu. Voir ci-dessous pour ouvrir le sous-menu Temps. MPSI 2 http ://prepanouar.sup.fr TP-ÉLECTRONIQUE 2017-2018 — Pour naviguer dans ce sous-menu on utilise le bouton de défilement et on appuie dessus pour valider. — Pour revenir en arrière dans l’arborescence des menus on appuie sur le bouton ON/OFF. 5 Visualisation d’une tension : But : Régler le GBF de façon à ce qu’il fournisse une tension sinusoı̈dale de fréquence 400 Hz d’amplitude 5V. • Brancher la sortie OUTPUT du GBF (Vérifier ce branchement à la voie 1 de l’oscilloscope à l’aide d’un fil noir pour relier les masses et d’un fil rouge pour l’autre borne ; • Régler la voie 1 de l’oscilloscope en position AC (faire défiler le sous-menu Couplage et sélectionner DC ou AC) • Régler le GBF sur une tension sinusoı̈dale ; • Régler la gamme de fréquence (bouton) puis la fréquence (potentiomètre) afin que l’afficheur digital indique une fréquence de 400Hz. • Régler la base de temps, appelée aussi le balayage,() afin de visualiser 3 périodes complètes du signal à l’écran ; • Ajuster la sensibilité verticale (calibre) pour que le signal soit optimisé à l’écran. • Agir sur le générateur pour ajouter une composante continue au signal de façon à obtenir une tension sinusoı̈dale variant entre -1 et +4 V. Remarque : L’amplitude d’une tension sinusoı̈dale correspond à sa valeur maximale. Sa valeur crête-crête correspond à l’intervalle de tension entre sa valeur minimale et sa valeur maximale. 1. Mesurer à l’oscilloscope la fréquence, la période et la valeur moyenne du signalVmoy . Noter les valeurs obtenues. Commenter la valeur moyenne obtenue. Vmax 2. Mesurer Vrms pour ce signal. Comparer la valeur obtenue avec la grandeur √ . Comment 2 appelle-t-on en français ? 3. L’oscilloscope dispose aussi d’une fonction ”curseurs” qui peut être intéressante : Activer le menu Cursor pour faire apparaitre les curseurs de tension (curseurs horizontaux). Les mesures s’affichent sur l’écran. 4. De la même manière, utiliser judicieusement les curseurs temporels (curseurs verticaux) pour déterminer le plus précisément possible la période du signal. 5.1 Comment afficher un signal automatiquement ? L’oscilloscope a une fonction automatique qui configure automatiquement l’oscilloscope pour afficher au mieux le signal d’entrée. Lorsque vous appuyer sur le bouton AUTO , l’oscilloscope s’allume MPSI 3 http ://prepanouar.sup.fr TP-ÉLECTRONIQUE 2017-2018 et mesure toutes les voies qui ont des signaux appliqués, et sélectionne la gamme de base de temps en fonction de la source de déclenchement. La source déclenchement choisie est la voie ayant le plus petit numéro et qui a un signal appliqué. - Presser la touche AUTO. Quand vous pressez le bouton AUTO, l’oscilloscope change de configuration pour afficher le signal. Il ajuste automatiquement les calibres verticaux et horizontaux aussi bien que les autres modes de configuration.. 5.2 Comment régler le signal verticalement ? Prise en main rapide sur une voie, CH1 par exemple : 1. Presser CH1. L’inscription CH1 et la sensibilité verticale sur cette voie apparaissent en bas à gauche de l’écran. 2. Déplacer le signal verticalement à l’aide du bouton POSITION. Il sera parfois utile de faire le zéro sur la voie sélectionnée. Pour cela il suffit d’appuyer sur le bouton POSITION. 3. Régler la sensibilité verticale avec le bouton SCALE pour que le signal apparaisse au mieux sur toute la hauteur de l’écran. Il convient généralement de débuter avec des sensibilités verticales élevées (5 V/div par exemple), la courbe est alors très tassée puis de diminuer afin de grossir verticalement le signal. Remarque : La sensibilité verticale peut changer selon le mode Grossier (5 V/div puis 2 V/div...) ou Fin. Pour basculer d’un mode vers un autre il suffit d’appuyer sur le bouton SCALE. 5.3 Compléments : DC ou AC sur une voie ? Lorsque la voie, CH1 par exemple, est couplée en DC cela signifie que le signal est observé sans modifications sur la voie. Un couplage AC signifie que le signal est observé sans sa composante continue. - Pour choisir le couplage il faut sélectionner la voie, CH1 par exemple, faire défiler le sous-menu Couplage et sélectionner DC ou AC. MPSI 4 http ://prepanouar.sup.fr TP-ÉLECTRONIQUE 5.4 2017-2018 Comment configurer le signal horizontalement ? Prise en main rapide : — Modifier la base des temps c’est à dire l’échelle horizontale avec le bouton SCALE. La valeur de la base des temps est donnée en bas de l’écran, vers la droite, dans notre exemple elle est de 100 ms/div. — Éventuellement la courbe peut être déplacée horizontalement avec le bouton POSITION. — Généralement on observe le signal en CH1 ou CH2 en fonction du temps. Il peut s’avérer utile d’étudier le signal en CH2 en fonction de celui en CH1, on parle de mode X-Y. — Sélectionner le MENU de HORIZONTAL, faire défiler le sous-menu Time Base et sélectionner X-Y. 5.5 Comment stabiliser un signal en réglant le niveau de déclenchement ? 5.5.1 Prise en main rapide : Très souvent pour stabiliser un signal il faut modifier le niveau de déclenchement c’est à dire la valeur de la tension pour laquelle le balayage débutera. - Modifier ce niveau de déclenchement avec le bouton LEVEL pour stabiliser le signal. 5.5.2 Compléments : 1. Choix de la voie et du type de déclenchement : L’oscilloscope doit être synchronisé sur un signal. C’est généralement le signal injecté sur la voie 1 qui sert à la synchronisation. Pour cela, appuyez sur le bouton : ”TRIGGER MENU”. En appuyant sur le bouton situé en face la case Source, vous sélectionnerez CH1. On doit également indiquer le style de déclenchement souhaité : exemple : PENTE MONTANTE OU DESCENDANTE. 2. Réglage du seuil de déclenchement : Sur le côté gauche de l’écran, se trouve une flèche. Elle indique le niveau (ou seuil) de déclenchement de l’oscilloscope. Attention elle peut être cachée par la flèche indiquant la voie 1 ou 2. Il faut que cette flèche soit situéem entre le minimum et le maximum de la tension de la voie de synchronisation. Si ce n’est pas le cas, l’oscillogramme n’est pas stable. Pour le rendre stable, c’est à dire déclencher correctement l’oscilloscope, il faut régler le bouton rotatif LEVEL dans la colonne TRIGGER. Remarque : En haut à droite de l’écran, est affichée la voie de synchronisation ainsi que la valeur du seuil de déclenchement de l’oscilloscope . 3. Réglage de la position horizontale de déclenchement : En haut de l’écran, se trouve une flèche . Elle indique la position horizontale du déclenchement de MPSI 5 http ://prepanouar.sup.fr TP-ÉLECTRONIQUE 2017-2018 l’oscilloscope. Le réglage de cette position horizontale de déclenchement se fait en agissant sur le bouton rotatif POSITION dans la colonne HORIZONTAL. Ce réglage est particulièrement important dans le cas d’un déclenchement monocoup. 5.5.3 Capture d’un signal monocoup : Utilisez le mode monocoup pour saisir une acquisition unique d’un signal. ( ex : charge d’un condensateur) • Réglez les boutons VOLTS/DIV et SEC/DIV à des valeurs adaptées au signal à visualiser. • Appuyez sur le bouton ACQUIRE et sélectionnez NORMAL. • Appuyez sur le bouton TRIGGER MENU et choisissez : Mode : FRONT Source : CH1 ou CH2 pour la synchronisation du signal Pente : montante s’il s’agit d’une tension croissante ou descendante s’il s’agit d’une tension décroissante. Mode : SINGLE ( mode simple). • Utilisez le bouton rotatif LEVEL pour régler le seuil de déclenchement entre les deux niveaux extrêmes de la tension. • Utilisez le bouton rotatif POSITION dans la colonne HORIZONTAL pour régler la position horizontale de déclenchement (1re ou 2me division en partant de la gauche de l’écran par exemple). • Appuyez sur RUN/STOP, la mention ”WAIT” (attendre) apparaı̂t en haut de l’écran, et lorsqu’elle ne s’affiche plus, fermer l’interrupteur pour déclencher l’acquisition. • Lorsque l’acquisition est terminée appuyez de nouveau sur RUN/STOP pour lancer une nouvelle acquisition en mode monocoup (single). 6 Comment effectuer des mesures ? 6.1 Mesures automatiques : • Activer le menu Measures. •• Sélectionner la voie CH1 ou CH2 de mesure. • Choisir le sous-menu Tension ou Temps en fonction de la grandeur à mesurer. On sélectionnera par exemple le sous-menu Temps pour mesurer un intervalle de temps, une période, une fréquence . . . • Le sous menu Clear efface les résultats de mesure à l’écran. Complément : Pour obtenir toutes les mesures automatiquement - Sélectionner le source CH1 ou CH2 puis le sous-menu Display All et choisir ON. MPSI 6 http ://prepanouar.sup.fr TP-ÉLECTRONIQUE 6.2 2017-2018 Mesures avec les curseurs : • Activer le menu Cursor. • Choisir le mode Manuel, le type de mesure (en X ou Y) à effectuer ainsi que la source (CH1 ou CH2) étudiée. • Positionner les curseurs en les sélectionnant (CurA puis CurB) et en les déplaçant au bon endroit. • Les mesures s’affichent sur l’écran. 6.3 7 Mesures avec les curseurs : Dans l’exemple ci-contre, on effectue une mesure sur l’axe des X c’est à dire sur l’axe des temps.Les dates t des curseurs A et B sont données par rapport à l’origine (repérée par le symbole T) tA = −120ms et tB = +620ms L’intervalle de temps ∆t = 740ms entre les curseurs apparaı̂t également. Cette mesure permet donc d’évaluer le retard entre les deux salves. multimètre numérique : Ces appareils permettent de mesurer des tensions, des intensités, des résistances etc. . . Remarque : • Voltmètre : Le voltmètre mesure des tensions. Il se connecte en parallèle aux bornes de la branche où on souhaite mesurer la tension. • Ampèremètre : L’ampèremètre mesure l’intensité du courant électrique. Il se connecte en série dans la branche où on souhaite mesurer l’intensité du courant. • Le dipôle dont on mesure la résistance doit impérativement être débranché du circuit lors de la mesure. Sinon, c’est la résistance équivalente de l’ensemble du circuit que l’on mesure. Présentons quelques caractéristiques. . . MPSI 7 http ://prepanouar.sup.fr TP-ÉLECTRONIQUE 7.1 Le Voltmètre : 7.1.1 En mode AC : et brancher les Activer le boutton fils (en parallèle) de forme suivante : 7.2 2017-2018 7.1.2 En mode DC : et brancher les Activer le boutton fils (en parallèle) de forme suivante : L’Ampèmètre : 7.2.1 En mode AC : 7.2.2 En mode DC : et brancher les Activer le boutton et brancher les Activer le boutton fils (en serie) de forme suivante : fils (en serie) de forme suivante : 7.3 L’Ohmètre-Capacimètre : 7.3.1 Ohmètre : 7.3.2 Capacimètre : Activer le boutton et brancher les Activer le boutton et brancher les fils (en serie) de forme suivante : fils (en serie) de forme suivante : MPSI 8 http ://prepanouar.sup.fr