TP 91c - PCSI-PSI AUX ULIS

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TP 9-1
GBF, multimètre et oscilloscope
But du TP
Le but est de mieux comprendre les réglages effectués sur un GBF, un oscilloscope ou un
multimètre et les mesures réalisées à l'aide d'un oscilloscope et d'un multimètre.
Compétences expérimentales mises en jeu :
o Mesurer une tension au voltmètre numérique ou à l’oscilloscope numérique.
o Mesurer un courant de manière directe à l’ampèremètre numérique.
o Mesurer une résistance de manière directe à l’ohmmètre.
o Mesurer une résistance de manière indirecte à l’oscilloscope ou au multimètre sur un
diviseur de tension.
o Élaborer un signal électrique analogique périodique simple à l’aide d’un GBF.
o Obtenir un signal électrique analogique de valeur moyenne, de forme, d’amplitude et
de fréquence donnée.
Compétences transversales :
Réaliser :
- mettre œuvre un protocole;
- utiliser (avec la notice) le matériel de manière adaptée, en autonomie;
- mettre en œuvre des règles de sécurité adéquates ;
Valider :
- exploiter des observations, des mesures en identifiant les sources d’erreurs et en
estimant les incertitudes ;
- confronter un modèle à des résultats expérimentaux.
Communiquer :
à l’écrit comme à l’oral;
- présenter les étapes de son travail de manière synthétique, organisée, cohérente et
compréhensible;
- utiliser un vocabulaire scientifique adapté;
- s’appuyer sur des schémas, des graphes.
Etre autonome et faire preuve d'initiative :
- travailler seul ou en équipe;
- solliciter une aide de manière pertinente;
- s’impliquer, prendre des décisions, anticiper.

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I - Le générateur basse fréquence
Le générateur basses fréquences est l’appareil utilisé en TP pour produire des signaux
périodiques de fréquence, de forme et d’amplitude variable.
1°) Sorties du GBF
Le générateur présente plusieurs sorties qui ne doivent pas être confondues.
Sortie principale (OUTPUT 50 Ω)
Cette borne est celle qui délivre un signal dont on peut régler les caractéristiques (forme,
fréquence, amplitude, décalage).
C’est cette sortie qui sera utilisée quasi-systématiquement pendant les séances de TP.
Cette sortie du GBF se modélise par un générateur réel
de tension dont la résistance interne
S
R
est de l’ordre
de
50
Ω
.
Sortie logique (TRIG OUTP)
Cette sortie délivre un signal créneau de fréquence réglable mais dont l’amplitude est fixée.
Ce signal est utilisé pour alimenter des portes logiques.
2°)Mise en forme du signal
Diverses commandes permettent de régler le signal délivré par la sortie principale du GBF.
Forme du signal
(FUNCTION)
Plusieurs formes sont
généralement disponibles pour le
signal : une sinusoïde, un
créneau, un triangle ou une
tension constante.
Amplitude (AMPLITUDE)
Le bouton « Amplitude » contrôle l’amplitude du signal, qui peut atteindre
10 V
sur les
appareils usuels. Le bouton «
20 dB
−
» permet d’atténuer le signal de
20 dB
, ce qui
revient à diviser l’amplitude par
10
.
Fréquence (FREQENCY)
La fréquence est généralement ajustable entre
1 Hz
et
1 MHz
. Un jeu de boutons permet de
choisir une gamme de fréquence avant de régler la valeur précise avec une molette.

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Décalage (OFFSET)
Il est également possible d’ajouter au signal une tension
constante, ou fond continu. La tension n’est alors plus
centrée sur une valeur nulle.
II – Oscilloscope (Tektronix TDS 1002)
L’oscilloscope est un appareil de mesure
1
indispensable à l’électronicien. Il permet
immédiatement de se rendre compte du « contenu » du signal (composante constante,
composante alternative, bruit...), et d’estimer ses caractéristiques en tension (amplitude,
tension crête à crête..) et en temps (période, déphasage...).
1°)Dispositif
L’oscilloscope est un voltmètre permettant de visualiser des phénomènes électriques et en
particulier des phénomènes électriques périodiques. Tout comme le voltmètre, il se connecte
en parallèle du dipôle aux bornes duquel on souhaite mesurer la tension.
Ses deux bornes ne sont pas équivalentes : c’est un instrument de mesure polarisé.
En mode balayage, les graduations horizontales représentent le temps et les graduations
verticales représentent la tension. En mode XY, on représente la tension appliquée à l’une des
entrées en fonction de la tension appliquée à une autre entrée.
Il existe deux principaux types d’oscilloscopes : les oscilloscopes analogiques se servent du
signal amplifié pour dévier un faisceau d’électrons dans un tube cathodique, et les appareils
récents numérisent le signal avant de le traiter.
Un oscilloscope analogique
comporte un tube cathodique
sous vide, dans lequel se
trouvent un canon à électron,
des électrodes d’accélération,
de focalisation et de déflexion,
et un écran fluorescent.
Les électrons sont émis par une
cathode chauffée, leur débit est
contrôlé par une électrode
appelée wehnelt.
Le faisceau d’électron est focalisé puis accéléré par un premier jeu d’électrodes percées d’un
trou, avant d’être dévié par deux paires d’électrodes (plaques horizontales et verticales). La
déviation est proportionnelle à la tension imposée à ces électrodes. La tension visualisée est
généralement appliquée aux plaques contrôlant la déviation verticale, après avoir été
préalablement amplifiée.
Les électrons arrivent enfin sur un écran luminescent. Le spot persiste sur l’écran quelques
dixièmes de seconde après l’impact des électrons. Cette rémanescence de l’écran et la
persistance rétinienne expliquent la vision des oscillogrammes.
1
Les modifications du réglage de l’oscilloscope ne modifient pas les caractéristiques des
signaux électriques du circuit (sauf en cas de mauvaise utilisation de l’oscilloscope).

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2°) Base de temps et synchronisation
Le plus souvent, les signaux étudiés en électricité sont périodiques et de fréquence supérieure
à
30 Hz
. L’affichage du signal au cours d’un unique balayage d’écran n’est alors pas
perceptible et le spot lumineux doit donc parcourir l’écran plusieurs fois par seconde pour être
observé.
Base de temps
Le balayage est réalisé en appliquant une tension en dents de scie entre les plaques verticales
(qui permettent une déviation horizontale du faisceau d’électrons).
La durée de la rampe est contrôlée par la base de temps et détermine la durée d’un balayage
d’écran.
Telle quelle, cette rampe ne permet cependant pas de visualiser correctement un signal. Si la
période de la rampe n’est pas un multiple de celle du signal étudié, les différents balayages de
l’écran ne sont pas synchronisés. Le signal semble alors défiler ou se démultiplier à l’écran.
Synchronisation

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Pour éviter cela, les balayages ne s’enchainent pas directement. Entre deux dents de scie, le
spot marque un temps d’arrêt, le balayage ne démarrant que lorsque la tension visualisée
dépasse une certaine valeur appelée niveau de déclenchement
2
.
Ce principe est illustré par le schéma suivant, pour lequel le niveau de déclenchement est nul.
3°) Caractéristiques d’entrée de l’oscilloscope
Impédance
d’entrée
Comme tout instrument de mesure,
l’oscilloscope perturbe (le moins possible) le
circuit sur lequel il est connecté. Pour visualiser
la tension aux bornes d’un dipôle quelconque
D
, on le branche en parallèle avec l’oscilloscope : ce dernier détourne alors une petite partie
du courant qui traversait initialement le dipôle. Entre les bornes d’entrée de l’oscilloscope, le
circuit d’amplification du signal est équivalent à l’association en parallèle d’une résistance
très élevée
E
R
et d’un condensateur de très faible capacité
E
C
.
Pour les appareils usuels, la résistance d’entrée
E
R
est de l’ordre de
1 M
Ω
et la capacité
d’entrée
E
C
de l’ordre de
25 pF
. Ces valeurs permettent de négliger l’influence de
l’oscilloscope dans la plupart des montages électriques.
Couplages
3
d’entrée
2
Ou tension de seuil.
3
Aussi appelés « terminaisons » sur certains oscilloscopes.