Tensions alternatives

Tensions alternatives
I Tension alternative et tension continue
On a vu que lors de la création d'un courant dans un système par induction électromagnétique que
le courant changeait de sens. Prenons un générateur délivrant ce type de signal électrique.
Quel montage, comportant des DEL, peut-on faire pour montrer ce changement de sens ?
R2
Correction
a. Montage
Branchons une pile ou un générateur de tensions alternatives (qui délivre un signal
électrique similaire à l'alternateur) sur un montage comportant deux DEL en
parallèles mais inversées. Une résistance protège les DEL.
G
Avec le générateur de tension alternative
Avec la pile
b. Observation
Pour le générateur alternatif, les deux DEL s’allument (alternativement) alors que
pour la pile, une seule DEL s’allume.
●
●
Si le signal du générateur est lent, on peut observer un clignotement.
Si le signal du générateur est rapide, l'oeil ne perçoit pas le clignotement et les deux
diodes semblent allumées simultanément.
c. Conclusion
Un générateur de tension alternative délivre une tension dont la polarité au cours
du temps change engendrant un changement du sens du courant. Les pôles positif et
négatif changent dans le temps.
Une pile génère une tension continue, qui ne varie pas dans le temps, le sens du
courant ne varie pas.
II Tension sinusoïdale d’un GTBF
a. Voir activité
b. Propriétés d'une tension alternative sinusoïdale
Tension maximale :
U (V)
Umax
Alternance positive
t (s)
Alternance négative
●
●
●
●
On observe que la tension possède un motif qui se répète au cours du temps.
Ce motif possède deux ….................... symétriques : une positive et une négative.
Durant l’alternance positive la tension monte à une tension maximale notée Umax
tandis que l'aternance négative descend à une tension minimale notée Umin
La forme en vague est une forme sinusoïdale avec des symètries. Dans ce cas
Umin= - Umax
Lorsque les effets des deux alternances se compensent, dans le temps, on a une
tension alternative.
III La mesure de la tension maximale (Umax) à l'aide d'un oscilloscope
Sensibilité verticale
2V/div
On mesure donc
Umax = 3 x 2 = 6V
Avec balayage
Sans balayage
a. Un peu de vocabulaire
Un oscilloscope possède un canon à électrons. Ces électrons heurtant l'écran (en faisant
apparaître un spot) peuvent être déviés par une tension extérieure grâce à un système de
plaques électriques. Voir le petit film en lien.
La déviation verticale du spot est proportionnelle à la tension appliquée (branchement
des deux fils dans la borne de masse et dans la borne Y). On peut utiliser ainsi cet appareil
pour mesurer une tension.
 Un bouton de réglage permet d'obtenir une échelle verticale de tension (gros
bouton JAUNE - V/DIV) en faisant varier l'amplification interne. C'est le bouton de
«sensibilité verticale». Ce bouton permet d'étaler au mieux la déviation verticale et
de mesurer au mieux la déviation due à la tension sur l'axe vertical (les ordonnées)
 Un oscilloscope possède une grande résistance, il se comporte comme un
voltmètre.
C'est un isolant pour un circuit. Il peut mesurer des tensions mais n'est absolument
pas un générateur ! Il se branche en dérivation.
 La figure observée sur l'écran est un oscillogramme.
 L'écran de l'oscilloscope comporte des divisions (div). Ce sont de grands carreaux.
L'écran de l'oscillogramme fait donc 10 divisions horizontales sur 8 divisions
verticales
 Le balayage horizontal est créé par une tension automatique interne qui permet
d'obtenir une échelle temporelle sur l'écran sur l'axe horizontal (les abscisses).
C'est le gros bouton ROUGE (T/DIV). Si l'on ne désire pas cette fonction il suffit
de se placer sur XY.
b. Activité : utilisation d'un oscilloscope
IV Mesure d'une tension avec un voltmètre
a. Tension efficace
Une tension alternative sinusoïdale a une valeur moyenne nulle (l'alternance positive
compensant l'alternance négative).
Malgré tout l'effet d'une tension alternative n'est pas nulle car une lampe (par exemple)
peut s'allumer. En effet, une lampe ne perçoit pas le sens du courant. Il y a donc une
transformation d'énergie par la lampe (électrique => thermique) lorsque la tension n'est
pas nulle.
Lorsqu'on mesure une tension alternative avec un voltmètre, il faut utiliser un réglage
spécial mesurant l'efficacité de cette tension dans cette conversion d'énergie pour un
dipôle tel qu'une lampe.
Cette tension mesurée est la tension efficace (Ueff ou U). Celle-ci est une tension
intermédiaire entre la valeur maximale et une tension nulle. Elle correspond,
énergétiquement, à une tension continue qui aurait le même effet (en moyenne).
F2
b. Activité
Mesurer à l'aide d'un oscilloscope la tension maximale et d'un voltmètre la tension
efficace d'un générateur délivrant différents types de tension alternatives.
Tension
« motif triangulaire »
Tension
« motif sinusoïdal »
Tension
« motif carré»
Umax =
Umax =
Umax =
U=
U=
U=
Umax
Umax
Umax
=
U
=
U
=
U
La théorie permet de calculer le rapport Umax /U . Pour une tension sinusoïdale, la valeur
théorique est √ 2. Ce rapport est variable selon le type de tension alternative.
Umax / U = √ 2
Pour une tension alternative sinusoïdale
ou Umax = U √ 2
III b. Activité : utilisation d’un oscilloscope
Réglages de l’oscilloscope :
Savoir régler l'oscilloscope
F2
 Bouton 1 : marche/ arrêt
 Mettre en fonctionnement
 Bouton 6 : mode alternatif (
) / toutes tensions (
) / sans tension (0)
 Mettre en fonctionnement sans tension.
 Bouton 4,5 : centrage (horizontal et vertical) du spot au centre de l’écran à réaliser en
l’absence de tension ou en mode sans tension (0)
 Placer le spot au centre de l’écran
 Boutons 2 et 3 : réglage du spot (intensité lumineuse et focalisation).
 Régler pour obtenir un spot lumineux et de petite taille
 Trous 7 et 8 (masse = borne de référence => le COM du multimètre) : application de la
tension à étudier.
 Brancher la tension à étudier entre ces deux bornes puis basculer le bouton 6 sur
le mode alternatif ou toutes tensions.
 Bouton 9 : calibre permettant donner une échelle de tension en réglant l’amplification
de la tension (déviation verticale)
 Régler la sensibilité verticale pour obtenir un étalement vertical maximal.
 Bouton 10 : bouton de balayage optimisé pour observer au mieux le motif.
 Obtenir un étalement convenable à l’écran pour mesurer.
Activité
F2
Mesure de trois tensions inconnues
Mesure tension n°1
Umax =
Mesure tension n°2
Umax =
Mesure tension n°3
Umax =