Enoncé du TP (fichier PDF, 34 Ko)

UNIVERSITÉ
iup
L
A
ROCHELL
INSTITUT UNIVERSITAIRE PROFESSIONNALISE
GENIE INFORMATIQUE
E
Travaux Pratiques d’électronique numérique
1 : Bases et initiation aux instruments
c B. Besserer
année universitaire 2000-2001
1 Voltmètre et ampèremètre
1.1 Dipôle passif : résistances et loi d’Ohm
Cette première expérience doit vous familiariser avec deux instruments élémentaires : le voltmètre
et l’ampèremètre.
1.1.1 Le voltmètre
Le voltmètre sert à mesure une différence de potentiel. Un élément actif, appelé source (ou alimentation, ou encore une simple pile) produit une différence de potentiel à ses bornes. Cette différence
de potentiel, exprimée en VOLTS peut donc se mesurer grâce au voltmètre, qui se branche toujours en
parallèle (voir schéma). Le différence de potentiel est orientée : En inversant les bornes du voltmètre, la
valeur s’affiche avec le signe opposé.
U1
U2
V
source
1.1.2 L’ampèremètre
Cet instrument sert à mesurer la valeur du courant, exprimé en AMPERES, qui traverse un fil. C’est
pourquoi un ampèremètre se branche toujours en série.
Lorsqu’un courant traverse un dipôle passif 1 qui oppose une résistance au passage de celui-ci, il
se créé aux bornes de ce dipôle une différence de potentiel. Un fil en cuivre, par exemple, conduit
parfaitement le courant électrique. La différence de potentiel créée par le passage de courant dans ce fil
est extrêmement faible. Par contre, lorsqu’un courant traverse une résistance (à base de carbone, moins
conducteur que le cuivre), la différence de potentiel à ses bornes est mesurable. C’est ce que nous allons
mesurer, afin de s’assurer de la linéarité de la fonction U = f (R; I ) et vérifier la loi d’Ohm U = RI (U
différence de potentiel en Volts, I courant en Ampères, R résistance en Ohms).
I
U1
1 c’est-à-dire
A
U2
qui ne génère pas d’énergie
1
1. Utiliser le voltmètre intégré sur votre support d’expérimentation et le multimètre configuré en
ampèremètre. Faites le montage ci-dessous et relevez la courbe U = f (I ). Tracez une droite et
déterminez la valeur de la résistance.
2. Mesurez également la résistance avec le multimètre configuré en ohmmètre.
Multimetre configuré en
ampèremetre
I
A
Alimentation variable
du support
d’experimentation
V
1 KOhm
U
Voltmetre du support
d’experimentation
1.2 Semiconducteur : courbe caractéristique d’une diode
Une diode est un semi-conducteur. Constitué de silicium dopé 2 , un semi-conducteur n’offre pas une
caractéristique linéaire U = f (I ). Une diode, par exemple, est un composant polarisé, possédant une
anode (pôle +) et une cathode (pôle -). Le courant ne peut que circuler de l’anode vers la cathode si la
différence de potentiel appliquée dépasse une tension de seuil.
I
Alimentation variable
du support
d’experimentation
U
Multimetre configuré en
ampèremetre
A
1 KOhm
V
UR
Voltmetre du support
d’experimentation
– Mesurer de façon précise, avec le multimètre configuré en ohmmètre, la valeur de la résistance
que vous utilisez,
– Faites varier la tension de 0 à 10V (par très petits incréments entre 0,2 et 2V, puis par pas de 1V),
et relevez la tension U , la tension U R et le courant I . Porter la valeur dans un graphique I = f (U )
et mettez en évidence :
1. La tension de seuil, c’est-à-dire la tension à partir de laquelle la diode entre en conduction.
Elle s’obtient en extrapolant la partie linéaire de la courbe.
2. La pente principale de la courbe caractéristique (due à la résistance du montage).
Que peut-on en conclure, en connaissant la valeur de la résistance R, la tension de seuil U D , et en
appliquant la loi d’Ohm. La diode oppose-t-elle une résistance au passage du courant ?
2 Oscilloscope
2.1 Charge et décharge de capacité
Câblez le circuit ci-dessous avec R=1K
et C=47nF. Connectez directement le GBF à la voie 1 de
l’oscilloscope. Visualisez la trace par une courte action sur la touche Autoscale . Réglez le GBF pour
obtenir un signal dont les caractéristiques sont les suivantes :
– Signal carré,
– Amplitude 5 volts crête-crête, oscillant entre 0 et +5V (réglez l’offset),
– Fréquence 1 KHz.
Aidez-vous du document fourni.
2 Dans
lequel a été introduit des impuretés à l’échelle atomique
2
vers voie 1
vers voie 2
GBF
U
Uc
1. A l’aide d’un adaptateur en "T", injectez le signal à la fois dans la voie 1 de l’oscilloscope et dans
le montage. Récupérez le signal en sortie du montage et injectez le dans la voie 2. Relevez les
deux courbes.
2. La charge/décharge d’une capacité se détermine grâce a la formule
Uc = U (1
t
e RC )
t
Uc = U (e RC )
(charge)
(decharge)
avec U en volts (V), R en Ohms (
), C en Farad (F) et t en seconde (s). Comparez le valeurs
théorique pour t=15s et t=150s et comparer avec votre relevé pratique.
3. Remplacez le condensateur de 47 nF par un condensateur électrochimique de 1F. Attention, le
condensateur électrochimique est un composant polarisé. Le pole positif (anode) est repéré
par un étranglement du boîtier. Le pôle négatif (cathode) est souvent repéré par des inscriptions
sur le boîtier.
anode (+)
étranglement
cathode (-)
Visualisez les courbes. Qu’en pensez-vous ? Quelle est la valeur moyenne du signal ainsi obtenu ?
Que se passe-t-il lorsqu’on augmente la fréquence (vers 10 KHz).
3 Circuits intégrés
3.1 Recherche des seuils de commutation
Le circuit 74LS14 est un inverseur schmitt trigger. Le brochage est donné en annexe (6 inverseurs
dans un boîtier, les entrées sont appelées A, les sorties Y). Ce type de composant présente deux seuils
de commutation distincts et présente donc un hystéresis.
1. Câblez un inverseur 74LS14, en visualisant la sortie grâce à une LED. Branchez l’entrée de votre
porte inverseuse sur l’alimentation variable et sur votre voltmètre. Partez d’une tension d’entrée
nulle (la LED est allumée), augmentez la tension jusqu’au point de commutation (la LED s’éteint),
relevez la valeur, augmentez encore jusqu’à 5V, puis diminuez la tension jusqu’à 0V. Relevez
également le point de commutation (lorsque la LED s’allume à nouveau).
vers LED
alimentation
variable
V
Vin
2. Tracez le diagramme V out (qui ne peut être que 0 ou Vcc, selon l’état de la LED) en fonction de
Vin .
3
A
Brochage des circuits intégrés
A.1 74LS14
4