Électricité – Rapport de TP TP n°2 : Oscilloscope à mémoire

Électricité – Rapport de TP
TP n°2 : Oscilloscope à mémoire, décharge d’un
condensateur
L’objectif du TP est de manipuler et d’étudier des signaux transitoires dans des
circuits RC et RL afin de déterminer expérimentalement les constantes de temps et un circuit
RLC pour déterminer la pseudo-période, le coefficient d’amortissement et la résistance
critique.
Pour réaliser les expériences nous avons utilisé :
- Une alimentation continue
- Un oscilloscope numérique à mémoire
- Un condensateur de 0.1 µF
- Une résistance variable de 1 à 10 x10 kΩ
- Une résistance variable de 1 à 10 x1 kΩ
Exercice préliminaire
I. Prise en main de l’oscilloscope
Observation d’un signal périodique
On observe le signal fourni par l’oscilloscope lui-même en branchant le connecteur COMP
SONDE. On envoie un signal sur l’entrée CH1 et on appuie sur AUTOSET pour que le système
détermine une configuration permettant une bonne lecture.
On obtient la configuration suivante :
-
Sensibilité sur la voie CH1 : 2V/ div
Mode de couplage : continu
Vitesse de balayage : 500 s/div
Type d’affichage : par points
Mode d’acquisition : Normal
Paramètre d’atténuation de la sonde : x1
On modifie ensuite la vitesse de balayage et la sensibilité afin d’optimiser les lectures
graphiques. On a alors une vitesse de balayage de 250 s/div et une sensibilité de 1V/ div.
On mesure la période avec les curseurs : 1 ms ce qui donne une fréquence de 1000±26Hz.
On mesure ensuite l’amplitude à l’aide des curseurs : 5±0.1V
Incertitude sur la fréquence : T = Tappareil + Tlecture
µs
Étude du temps de montée
En modifiant la vitesse de balayage on observe que le signal carré passe d’une valeur de 0V à
5V en un certain temps. On cherche à déterminer le temps qu’il faut pour que le signal soit
chargé à 95%, c'est-à-dire lorsque l’on atteint :
On observe que ce temps de montée est de 2 ms
Par ailleurs on remarque l’effet d’un moyennage du signal sur la courbe : plus on augmente
le nombre de point sur lesquels on fait la moyenne, plus la courbe est « lissée ». On a alors
des valeurs moins discrètes
Mise en évidence des résolutions en tension et en temps
Après enregistrement de la montée du signal en mode d’affichage par point, on augmente la
sensibilité pour observer le codage 8bits et la vitesse de balayage pour observer les points
distincts formant la courbe.
II. Observation de la décharge d’un condensateur dans une
résistance
On réalise le montage électrique suivant :
Off
On
E
C
R
OSC
On règle l’oscilloscope de la manière suivante : sensibilité 2 V/DIV, déclanchement à 4V en
descendant en mode normal, vitesse de balayage : 10 ms/DIV.
On a C = 0.1 µF, R = 100 kΩ et E = 8V.
On calcul alors la constante de temps théorique :
III.Mesure de la constante de temps pour une décharge unique
On enregistre une décharge et on place de zéro de tension en bas de l’écran afin de réaliser
des mesures.
On mesure des tensions pour des temps donnés et on trace la courbe de la tension de
décharge en échelle semi-logarithmique.
Tension en fonction du temps
Tension en V
Temps en ms
Comme
en prenant les logarithmes on obtient une droite de pente
C’est légèrement éloigné de la valeur théorique trouvée. Il faut donc prendre en compte
l’impédance d’entrée 1 MΩ de l’oscilloscope.
Ainsi on trouve une valeur Réq = 90909 Ω
Après prise en compte de l’impédance les valeurs théoriques et expérimentales sont
cohérentes.
Mesure rapide de la constante de temps
U0
Pour u =
= 4 V , on a t = T = 7.5 ms  0,1ms.
2
On a alors :
τ =
T
0,1

 0,14 ms.
ln 2 ln 2
Cette méthode, bien que rapide, manque de précision car la valeur expérimentale n’entre
pas dans l’échelle d’incertitude de la valeur théorique.
IV.
Décharge d’une bobine dans une résistance
On réalise le circuit électrique suivant :
Off
On
L
E
R=x1kΩ
r
IL
OSC
IR
On règle l’oscilloscope de la manière suivante : sensibilité 1 V/DIV, déclanchement à -0.5V en
descendant en mode normal, vitesse de balayage : 1 ms/DIV.
La bobine a les caractéristiques suivantes : L = 1 H et r = 395 Ω.
On mesure les valeurs des constantes de temps par la méthode rapide pour R valant 1 k , 2
kΩ et 4 kΩ.
Les valeurs théoriques sont obtenues par le calcul de
Rtot étant la résistance totale du
circuit (R+r).
Voici un tableau récapitulatif des résultats :
Valeur de R
1 kΩ
2 kΩ
4 kΩ
Valeur mesurée
0,64 ms
0,34 ms
0,22 ms
Les valeurs théoriques et expérimentales sont proches.
Valeur théorique
0,72 ms
0,42 ms
0,23 ms
V. Décharge oscillante
Dans cette partie, on réalise le circuit électrique suivant :
Off
On
L
E
OSC
r
α
C
R=x1kΩ
Les valeurs de la bobine et du condensateur sont les mêmes que dans les montages
précédents, à savoir L = 1 H, r = 395 Ω et C = 0.1 µF.
On se place avec une résistance R nulle.
L’oscilloscope est réglé de la manière suivante : sensibilité de 5 V/DIV, vitesse de balayage à
5 ms/DIV, déclanchement à 0.6 V en mode normal et pente descendante.
1) Caractéristiques du circuit
On observe alors un signal sinusoïdal amorti.
Pour augmenter la précision de notre mesure de la pseudo-période, nous avons mesuré 5
périodes consécutives et divisé ce résultat par 10.
Cette valeur expérimentale est proche de la valeur théorique de la période propre donnée
par
2) Coefficient d’amortissement
On mesure la tension des maximums et les temps correspondants pour tracer la courbe des
maximums en fonction du temps en échelle semi-logarithmique :
Maximums de tension en fonction du temps
E en V
t en s
On trace une courbe de tendance dont la pente est
Donc
Ω/H
On compare avec la valeur théorique donnée par
Ω/H
Les valeurs expérimentales et théoriques sont proches.
Calcul de
Théorique :
Donc
Expérimental :
Les valeurs théoriques et expérimentales étant très proches, on en conclu que la méthode
utilisée est très précise et efficace.
Résistance critique : On augmente la valeur R de la résistance pour augmenter
l’amortissement. On observe une absence d’oscillation à partir de
(résistance
critique expérimentale).
On compare avec la valeur théorique
L’écart entre valeurs théorique et expérimentale s’explique par le fait qu’on ne pouvait
augmenter la résistance que par des échelons de 1 kΩ.
Pour trouver une valeur expérimentale plus précise, il aurait fallu utiliser une résistance plus
précise.
VI.
Conclusion
Ce TP nous aura permis de manipuler un oscilloscope à mémoire et d’interpréter ses
résultats pour déterminer des valeurs en relation avec la décharge d’une bobine et d’un
condensateur.
Nous avons remarqué qu’il était important de tenir compte de l’impédance interne de
chaque appareil si l’on souhaite avoir des valeurs expérimentales cohérentes avec les valeurs
théoriques.