Oscillations forcees d un circuit r l c serie

T.P : Physique Oscillations forcées d’un circuit R-L-C série
BEL ARBI Abdelmajid Lycée Bab Elkhadra T.P physique
I. But de la manipulation :
 Produire des oscillations forcées dans un circuit R-L-C série
 Déterminer l’impédance d’un un circuit R-L-C série.
 Définir la notion de décalage horaire et mesurer des déphasages à l’aide d’un oscilloscope
.
II-/ Principe du T.P :
On considère le circuit électrique série comportant :
- Un générateur BF délivrant une tension alternative sinusoïdale d’amplitude U
m
=…….. et de fréquence N
e
=……..Hz
- Un résistor de résistance R
0
variable.
- Une bobine d’inductance L = 1H.
- Un condensateur de capacité C =0,47 µF.
Deux voltmètres ; un ampèremètre et un fréquencemètre. L’un des voltmètres pour vérifier qu’à chaque fois la
tension efficace aux bornes du générateur est constante
.
Un oscilloscope pour visualiser simultanément la tension aux bornes du résistor et celle aux bornes du
générateur.
III-/ Etude expérimentale :
1- Activité N°1 : Production d’oscillations forcées.
Faire le schéma du circuit électrique et réaliser le montage.
(Préciser les branchements sur le schéma pour visualiser sur la
voie Y
1
la tension aux bornes du générateur u
G
(t) et sur la voie
Y
2
celle aux bornes du résistor u
R
(t)
Noter les valeurs de R
0
, L, r et C.
R
0
=……… r =……… L = 1H. C = 0,47 µF.
a- Fréquence propre N
0
du circuit
Calculer la fréquence propre N
0
du circuit :
N
0
= 1
11
1
2
22
2π
ππ
π.L.C = 232 Hz
b- Oscillations forcées :
Fixer la fréquence de u
G
(t) à N
G
=250 Hz,
Reproduire l’oscillogramme observé sur l’écran de l’oscilloscope,
Déterminer la période T et la fréquence N de la tension u
R
(t)
T =4.10
-3
s donc N = 1
T= 250Hz
Soit : N = N
i
=250Hz
Comparer :
N
i
et N
0
: N
i
≠ N
0
i(t) n’oscille pas avec sa fréquence propre
N
i
et N
G
: N
i
= N
G
i(t) oscille avec la fréquence du génarateur.
Conclusion
La fréquence des oscillations est imposée par le générateur : on dit que les oscillations sont forcées
Le générateur joue le rôle de l’excitateur.
Le dipôle RLC en série joue le rôle du résonateur.
L’excitateur fournit de l’énergie au résonateur pour compenser l’énergie perdue par effet Joule
Balayage horizontal : 0,5ms /div
R
C
L
A
V
G.B.F
Voie Y
2
Voie Y
1

T.P Physique (Oscillations forcées d’un circuit R-L-C série) ~ BEL ARBI – L.S.B.K- ~ page 2 sur 2
2- Activité N°2 : Notion d’impédance Z d’un circuit R-L-C série.
S’assurer que l’index du multimètre est sur (V∼)
Fixer la fréquence de u
G
(t) à N
G
= 400 Hz.
A l’aide du G.B.F faire varier l’amplitude U
m
de la tension excitatrice et prélever à chaque fois la tension
efficace indiquée par le voltmètre et l’intensité efficace indiquée par l’ampèremètre.
Compléter le tableau .
-
Que constate-t-on ? Quelle est l’unité du rapport U
I
?
Le rapport U/I est constant. Il est exprimé en Ohm ( Ω
ΩΩ
Ω ).
Comparer Z et R + r.
R+r = Ω
ΩΩ
Ω .. Donc Z >
> >
> R + r +
+ +
+
3- Activité N°3 : Mesure du déphasage entre deux signaux sinusoïdaux à l’aide d’un oscilloscope.
3-2- Identification du signal en avance ou en retard :
a) Préciser à partir des signaux affichés sur l’écran de l’oscilloscope quel
est le signal en avance de phase sur l’autre.
Le signal qui est en avance de phase par rapport à l’autre est
celui qui s’annule avant l’autre lorsque les deux signaux dans le
même sens
b) Quel est le signe du déphasage ∆
∆∆
∆φ de u
R
par rapport à u?
∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ = ϕ
ϕϕ
ϕ
u
- ϕ
ϕϕ
ϕ
u
<
<<
< 0 car u
R
est en retard de phase par rapport à u
3-3- Le décalage horaire
a) Définition :
Le décalage horaire ∆
∆∆
∆t est l’intervalle de temps qui sépare deux
maximums successifs ou deux annulations successives des deux
fonctions sinusoïdales lorsqu’elles varient dans le même sens
b) Mesures
A partir des signaux affichés sur l’écran de l’oscilloscope, mesurer le décalage horaire ∆
∆∆
∆t entre u et u
R
∆
∆∆
∆t = 0,5ms ou ∆
∆∆
∆t = T
8
88
8
En déduire (en faisant attention au signe) la valeur du déphasage de u
R
par rapport à u?
∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ = 2π
ππ
π .
..
.∆
∆∆
∆t
T = 2π . 1/8 = π /4
= 2π . 1/8 = π /4 = 2π . 1/8 = π /4
= 2π . 1/8 = π /4 u
R
est en retard de phase par rapport à u ⇒
⇒⇒
⇒ ∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ = ϕ
ϕϕ
ϕ
u
- ϕ
ϕϕ
ϕ
u
<
<<
< 0
∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ = −
− −
− ∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ = −π /4
−π /4 −π /4
−π /4
U (V)
I (A)
U
I ( Ω
ΩΩ
Ω )
Conclusion : Pour une fréquence donnée le
rapport U/I est une constante qui ne dépend que
des caractéristiques du dipôle RLC série : On
l’appelle L’IMPEDANCE du dipôle RLC série et
on la note Z
U tension efficace mesurée par le voltmètre.
I intensité efficace mesurée par l’ampèremètre.
Z = U
I = U
m
I
m
3-1- Définition du déphasage :
Le déphasage d’une tension u
1
de phase initiale ϕ
ϕϕ
ϕ
1
par rapport à u
2
de phase initiale ϕ
ϕϕ
ϕ
2
est :
∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ = ϕ
ϕϕ
ϕ
1
- ϕ
ϕϕ
ϕ
2 .
∆ϕ
∆ϕ ∆ϕ
∆ϕ est une grandeur algébrique.
Si
∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ = ϕ
ϕϕ
ϕ
1
- ϕ
ϕϕ
ϕ
2
>
> >
> 0 alors u
1
est en avance de phase par rapport à u
2
Si ∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ = ϕ
ϕϕ
ϕ
1
- ϕ
ϕϕ
ϕ
2
<
<<
< 0 alors u
1
est en retard de phase par rapport à u
2
∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ
∆
∆∆
∆t = 2
22
2π
ππ
π
T ⇒
⇒⇒
⇒ ∆ϕ
∆ϕ∆ϕ
∆ϕ = 2π
ππ
π .
..
.∆
∆∆
∆t
T
u(t)
u
R
(t)