MESURE DE SIGNAUX ALTERNATIFS ∫⋅ ∫⋅

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GEL-16132 Circuits
Laboratoire 2
MESURE DE SIGNAUX ALTERNATIFS
1. Objectifs
• Manipulation de l’oscilloscope et du multimètre pour la mesure de signaux alternatifs.
• Utilisation d’un générateur de signaux.
• Étude d’un circuit du premier ordre dans le cas d’une réponse à un échelon.
2. Rappels théoriques
1
• Valeur moyenne (ou composante continue) d’un signal périodique v(t): V m oy = --- ⋅
T
• Valeur efficace d’un signal périodique v(t):
V rms =
1
--- ⋅
T
T
∫0 v
2
T
∫0 v ( t ) d t
( t ) dt
• Mesure expérimentale de la constante de temps τ d’un circuit du premier ordre:
τ
À l’instant t = τ = RC, on a
–- 

1
τ
v ( τ ) = V m  1 – e  = V m  1 – --- = 0.632V m

e


Par conséquent, il suffit d’identifier l’instant pour lequel v(t)=0.632Vm pour en déduire la constante de
temps du circuit.
v(t)
Vm
0.632Vm
0
t
τ
• Remarques sur le multimètre:
- En mode DC, la tension mesurée Vdc correspond à la valeur moyenne du signal.
- En mode AC, la tension mesurée Vac correspond à la valeur efficace de la composante alternative.
La valeur efficace totale du signal mesuré est donc: V rms =
2
2
V dc + V ac
2
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v(t)
Signal à
mesurer
Multimètre
Mode DC
Vdc
Multimètre
Mode AC
Vac
v(t)
t
0
Vdc
Valeur efficace de v(t):
Composante
continue
V rm s =
t
0
2
2
V dc + V ac
vac(t)
Composante
alternative
t
0
3. Mesure à l’oscilloscope et au multimètre
Préparation
Calculer théoriquement la valeur moyenne et la valeur efficace des signaux montrés dans la figure suivante.
v(t)
v(t)
+8 V
+5 V
5
0
10
15
t
ms
0
1
2
3
t
ms
-5 V
Expérience
1. Brancher une voie de l’oscilloscope sur la sortie du générateur de signal. Régler le générateur de manière
à produire un signal carré de fréquence 120 Hz et d’amplitude 10 V crête à crête, sans composante
continue. Régler l’oscilloscope pour observer au moins une période entière de ce signal et mesurer sa
période (et sa fréquence) à l’oscilloscope.
2. Manoeuvrer le sélecteur AC/GND/DC de la voie de l’oscilloscope. Expliquer pourquoi le signal est modifié,
sur l’écran, lorsque le sélecteur est placé sur AC puis sur DC. Quelle est la position correcte de ce
sélecteur? Mesurer l’amplitude du signal sur l’écran.
3. Placer les sélecteurs de la source du trigger de l’oscilloscope sur la position EXT et Line. Le signal est
alors synchronisé par rapport à la tension du réseau. Modifier légèrement la fréquence du signal en
agissant sur la molette du générateur de manière à accorder sa fréquence par rapport au 60 Hz du réseau.
Expliquer vos observations. Quelles fréquences de signaux peut-on observer (tracé stable) lorsque le
déclenchement est sur la position Line?
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4. Brancher le multimètre en parallèle sur la voie de l’oscilloscope pour mesurer la valeur moyenne et la
valeur efficace du signal carré.
5. Renouveler l’opération précédente en produisant un signal triangulaire de fréquence 1 kHz, d’amplitude
maximale +8 V et d’amplitude minimale 0 V.
6. Manoeuvrer le sélecteur Slope du trigger et en expliquer le rôle.
7. Dans le cas d’un mode de déclenchement automatique Peak-Peak (Auto PP), modifier le réglage du
potentiomètre Level du trigger et expliquer vos observations. Répéter cette opération dans le cas d’un
mode de déclenchement normal Norm (en expliquant vos observations). Expliquer les différences entre un
mode de déclenchement automatique et un mode de déclenchement normal.
8. Régler le générateur pour produire un signal sinusoïdal d’amplitude 10 V crête à crête (sans composante
continue) à la fréquence de 200 Hz. Relever sa valeur efficace Vo avec le multimètre et son amplitude
maximale avec l’oscilloscope. Augmenter la fréquence du signal tout en observant la valeur sur le
multimètre et déterminer à quelle fréquence, la mesure du multimètre est diminuée à 0.707Vo (ou -3dB).
Vérifier avec l’oscilloscope que l’amplitude maximale du signal n’a pas été modifiée. Quelle conclusions
tirez-vous de cette expérience?
Rapport
- Comparer les valeurs mesurées des signaux carré et triangulaire avec les valeurs calculées théoriquement.
4. Étude d’un circuit du premier ordre (Montage RC série)
On considère le montage suivant.
10 K
iR
+
+
vR +
vC
-
vs
10 Vpp
500 Hz
10 nF
Figure 1 Circuit RC série.
Préparation
Déterminer théoriquement le courant iR et la tension vC lorsque vs est une source échelon de 10 V.
Expérience
1. Réaliser le montage de la figure 1. Utiliser le générateur pour produire un signal carré d’amplitude 10 V
crête à crête sans composante continue. La fréquence sera ajustée à environ 500 Hz. Relever l’allure de
la tension vC aux bornes du condensateur avec l’oscilloscope.
2. Relever l’allure du courant de charge du condensateur (iR) avec l’oscilloscope (en observant la tension vR
aux bornes de la résistance).
3. Augmenter la fréquence du générateur pour obtenir une période approximativement égale au tiers de la
constante de temps (T ≈ τ/3). Relever la forme du signal aux bornes du condensateur.
Rapport
- À partir de la forme d’onde obtenue dans la partie « Expérience-2 » déterminer la constante de temps du
circuit. Comparer cette valeur à la valeur théorique (τ = RC).
- Montrer qu’il est possible d’approximer l’évolution du signal obtenu dans la partie « Expérience-3 » à un
signal triangulaire. Calculer la pente du signal triangulaire. Comparer cette pente à 1/τ. Expliquer ce résultat.