TP S9 – Caractéristique d’un G.B.F. D.Malka – MPSI 2014-2015 – Lycée Saint-Exupéry Capacités expérimentales Mesurer une tension au voltmètre numérique Mesurer une intensité à l’ampèremètre numérique Préciser la perturbation induite par l’appareil de mesure sur le montage et ses limites (bande passante, résistance d’entrée) Étudier la caractéristique d’un dipôle pouvant être éventuellement non-linéaire Étudier l’influence de la résistance de sortie sur le signal délivré par un GBF Étudier l’influence de la résistance d’entrée sur la mesure effectuée par un multimètre. 1 D D D D D D Influence de la résistance d’entrée d’un voltmètre sur la tension mesurée L’étude d’un phénomène ou d’un système physique nécessite l’acquisition d’un signal par un capteur. Il faut donc insérer un ou plusieurs capteurs dans le système étudié. Ce faisant, on le perturbe et on modifie donc également la grandeur à mesurer. Pour ne pas fausser totalement la mesure, il faut prendre en compte l’effet du capteur ou bien concevoir le procédé de mesure de façon à rendre négligeable cette perturbation devant les autres sources d’erreurs. E R1 R2 Figure 1 – Caractéristique statique d’un GBF : montage 4. Les tensions U1 et U2 aux bornes respectivement de R1 et R2 sont données par les relations suivantes (pont diviseur de tension) : U1 = R1 U R1 + R2 et U2 = R2 U R1 + R2 Calculer les valeurs attendues pour U1 et U2 . La courte manipulation qui suit vise à illustrer ce fait. 5. Mesurer alternativement U1 puis U2 au voltmètre. Comment expliquer la différence avec les valeurs attendues ? 1. Choisir et mesurer à l’ohmmètre les résistances R1 et R2 des deux conducteurs ohmiques à disposition. 2. Réaliser le montage fig.1. 3. Mesurer la tension U aux bornes de l’alimentation continue 1 . 6. Rechercher la valeur de la résistance d’entrée Re du voltmètre dans sa notice. 7. A quelle condition sur la résistance d’entrée du voltmètre Re son influence est-elle négligeable ? 1. On néglige la perturbation de U engendrée par la présence du voltmètre. La justification est donnée par la suite. http://www.mpsi-lycee-saint-exupery.fr 1 MPSI – 2014-2015 – Lycée Saint-Exupéry 2 D.Malka Caractéristique d’un générateur de tension On utilise un générateur basse fréquence (G.B.F.) comme générateur de tension continue. On cherche à construire la caractéristique de ce G.B.F. 2.1 TP S9 – Caractéristique d’un G.B.F. la plus grande possible. 2. Entrer ces valeurs dans un tableur-grapheur. Les incertitudes sur les mesures seront évaluées à l’aide la notice donnée fig.3. Montage G.B.F UG R RP Figure 2 – Caractéristique statique d’un GBF : montage 1. Réaliser le montage Fig.2 avec Rp = 20 Ω. 2. Régler le GBF en générateur de tension continue : bouton offset tiré et boutons signaux alternatifs désactivés. Tourner le bouton offset au maximum. 3. Sur le circuit Fig.2, schématiser le voltmètre mesurant la tension aux bornes du générateur et l’ampèremètre mesurant le courant qui le parcourt (montage courte dérivation). Ajouter alors le voltmètre et l’ampèremètre au circuit. 2.2 Figure 3 – Notice du multimètre 3. Représenter la caractéristique UG = f (IG ) du GBF. On supposera que le circuit est peu perturbé par le voltmètre et l’ampèremètre. 4. Le générateur peut-il être considéré comme linéaire sur une plage de courant qu’on précisera ? Caractéristique 5. Sur la plage de fonctionnement linéaire, proposer une modélisation de Thévenin du GBF et écrire sa loi de fonctionnement en convention générateur. 1. En faisant varier la résistance variable, relever une quinzaine de points de fonctionnement du GBF bien répartis, c’est-à-dire sur la plage de tension http://www.mpsi-lycee-saint-exupery.fr 6. Par modélisation de la caractéristique du GBF, déterminer la valeur de sa résistance interne. ri . 2 MPSI – 2014-2015 – Lycée Saint-Exupéry D.Malka TP S9 – Caractéristique d’un G.B.F. 7. Par définition, la f.e.m. d’un générateur est la tension à ses bornes en circuit ouvert. Procéder à sa mesure. 8. La résistance interne du G.B.F est aussi appelée résistance de sortie. Discuter de son effet sur la tension aux bornes du G.B.F. Dans quel cas peut-on la négliger ? 9. Justifier que la perturbation introduite par le voltmètre et l’ampèremètre étaient bien négligeables. http://www.mpsi-lycee-saint-exupery.fr 3