tensions

Les tensions alternatives sinusoïdales
M.P.I.
I. Période et fréquence
a : Période d'une tension sinusoïdale
La figure ci-dessus représente une tension alternative sinusoïdale.
Le mot alternatif signifie que cette tension est alternativement positive et négative ; si cette
tension fait circuler un courant, celui-ci est alternativement dans un sens et dans le sens inverse.
Observez la figure ci-dessus. A l'instant tl, la tension u est maximale puis elle diminue et augmente
jusqu'à retrouver, à l'instant t2, sa valeur maximale. L'intervalle de temps t2 – t1, représente une
période de la tension u. De même, on a une période entre les instants t 3 et t4 où la tension est nulle et
décroissante. On dit que la tension u est périodique, de période T.
La période d’une tension périodique est la durée en secondes (s) séparant deux passages
consécutifs de celle-ci par une même valeur, avec le même sens de variation.
La période T d’un phénomène périodique est la plus courte durée au bout de laquelle il se
reproduit identique à lui-même.
b. Fréquence d'une tension sinusoïdale
La fréquence d'une tension sinusoïdale est le nombre de périodes en 1 seconde.
La fréquence est notée f. On l'obtient en cherchant combien de fois la période T (en s) est contenue
dans 1 s. Dans le système international, les fréquences s'expriment en hertz (Hz). La période est
l'inverse de la fréquence (et réciproquement).
f=
f en Hertz (Hz)
T en secondes (s)
1
T
II. Tension maximale et tension efficace
La tension maximale Um (ou amplitude) apparaît sur la figure ci-dessus; on voit que la tension u varie
entre - Um et + Um, mais ce n'est pas la tension maximale que l'on indique, en général, à propos d'une
tension alternative sinusoïdale. On fournit la valeur de sa tension efficace qui est notée U.
U=
Um
2
Exemple : si l'on considère une prise 220 V, cela signifie que la tension efficace aux bornes de cette
prise est égale à 220 V On peut calculer la tension maximale Um :
Um = U*
2  310 V
1
Notons enfin que les voltmètres utilisés en mode alternatif fournissent la valeur de la tension efficace
entre les deux points où ils sont branchés. Dans ces conditions, le sens de branchement du voltmètre
est indifférent.
La tension 2*Um : différence entre la valeur maximale ( U m ) et la valeur minimale ( - Um ) porte le
nom de tension crête à crête Ucc. C'est elle que l'on mesure pour obtenir la valeur de U m.
Um 
Ucc
2
III. Utilisation de l’oscilloscope
Le générateur basses fréquences sera réglé sur 500 Hz environ.
Régler l’oscilloscope de façon à observer environ 2 périodes.
La voie d’acquisition sera réglée sur 5V par division.
Régler le niveau de sortie du GBF à son maximum.
Mesures ( donner les résultats avec un nombre de chiffres significatifs compatible avec la méthode de
mesure employée si l’on admet qu’on est capable d’apprécier la demi-division lorsqu’on fait la lecture )
 Mesurer la période. En déduire la fréquence.
 Mesurer la tension crête à crête. En déduire Um
 Calculer la tension efficace à partir de la valeur de Um trouvée. La mesurer à l’aide
d’un voltmètre. Compte tenu des indications données par le constructeur de l’appareil
concernant la précision de la mesure, donner un encadrement de cette tension. Le
résultat est-il compatible avec celui qui a été calculé ?
IV. Acquisition avec ESAO4 et Generis
Le générateur basses fréquences sera réglé comme précédemment.
1- Acquérir la tension instantanée sur la voie 1 (calibre 15V) et la tension efficace sur la voie
2 (cal. 15 V)
2- La durée de l’acquisition sera choisie de façon à obtenir 2 périodes environ.
3- Choisir le mode acquisition continue.
4- Fixer la synchronisation sur le voltmètre de la voie 1. Modifier la valeur de seuil et le sens.
Mesures ( donner les résultats avec un nombre de chiffres significatifs compatible avec la méthode de
mesure employée ):
 Mesurer la période à l’aide du pointeur relatif. En déduire la fréquence.
 Mesurer la tension crête à crête. En déduire Um
 Calculer la tension efficace à partir de la valeur de Um trouvée. La mesurer à l’aide du
voltmètre (position efficace). Compte tenu des indications données par le constructeur
de l’appareil concernant la précision de la mesure, donner un encadrement de cette
tension. Le résultat est-il compatible avec celui qui a été calculé ?
V. Application: tracé d’une caractéristique à l’aide d’un générateur basses
fréquences
I. Montage d’étude
Proposer un schéma de montage sachant :
1. qu’il faut limiter l’intensité du courant dans cette DEL
2. que la tension d’alimentation du circuit doit pouvoir être réglée entre -12V et +12V
3. qu’il faut mesurer :
 la tension U aux bornes de la DEL

l’intensité I du courant dans cette DEL.
Proposer un protocole expérimental permettant d’obtenir ces grandeurs U et I.
Le rôle du GBF devra être expliqué.
2
II. Réalisation avec ESAO 4 et Généris
La console ESAO4 sera munie d’un adaptateur Ampèremètre sur la voie I et d’un adaptateur
voltmètre sur la voie 2
Relier ensemble :


la masse de la console
et celle de l’adaptateur Ampèremètre
La résistance de protection de la LED sera de 680 .
Pourquoi est-il nécessaire de mettre une résistance de protection ?
1. Expliquer pourquoi l’utilisation d’une tension sinusoïdale permet d’obtenir le tracé de la
caractéristique d’une DEL.
2. Le générateur basses fréquences réglé sur 100 Hz avec son niveau de sortie réglé au
maximum.
3. Paramétrer Généris
a. Ordonnée : u et i
b. Abscisse f(t) avec 301 points et une durée de 20 ms
c. Utiliser le mode acquisition continue et synchroniser sur la tension à 0V croissant.
4. Enregistrer sous le nom DEL.LAB dans votre dossier
5. Ouvrir une nouvelle fenêtre et tracer la caractéristique i= f(u).
6. Disposer les fenêtres en mosaïque verticale et mettre les 2 courbes dans le compte-rendu.
Imprimer.
7. Combien de périodes de la tension et du courant sont visibles sur les courbes f(t) ?
8. Faire les lectures nécessaires et interpréter les courbes obtenues
Résumé
Noter ici les définitions et/ou les relations importantes rencontrées dans cette séance.
3