Oscillations forcees d un circuit r l c serie

T.P : Physique
Oscillations forcées d’un circuit R-L-C série
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 Um=…….. et de fréquence Ne=……..Hz
Un résistor de résistance R0 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.
V
III-/ Etude expérimentale :
G.B.F
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 Y1 la tension aux bornes du générateur uG (t) et sur la voie
Y2 celle aux bornes du résistor uR (t)
Noter les valeurs de R0, L, r et C.
R0 =……… r =……… L = 1H. C = 0,47 µF.
A
L
R
C
Voie Y1
Voie Y2
a- Fréquence propre N0 du circuit
Calculer la fréquence propre N0 du circuit :
1
N0 =
= 232 Hz
2π. L.C
b- Oscillations forcées :
Fixer la fréquence de uG (t) à NG =250 Hz,
Reproduire l’oscillogramme observé sur l’écran de l’oscilloscope,
Déterminer la période T et la fréquence N de la tension uR(t)
T =4.10-3s donc N = 1= 250Hz
T
Soit : N = Ni =250Hz
Comparer :
Ni et N0 : Ni ≠ N0 i(t) n’oscille pas avec sa fréquence propre
Ni et NG :
Balayage horizontal : 0,5ms /div
Ni = NG 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
BEL ARBI Abdelmajid
Lycée Bab Elkhadra
T.P physique
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 uG (t) à NG = 400 Hz.
A l’aide du G.B.F faire varier l’amplitude Um 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.
U (V)
I (A)
U
(Ω )
I
- Que constate-t-on ? Quelle est l’unité du rapport U ?
I
Le rapport U/I est constant. Il est exprimé en Ohm (Ω).
Comparer Z et R + r.
Ω.. Donc Z > R + r +
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.
U
U
Z=
= m
Im
I
R+r =
3- Activité N°3 : Mesure du déphasage entre deux signaux sinusoïdaux à l’aide d’un oscilloscope.
3-1- Définition du déphasage :
Le déphasage d’une tension u1 de phase initiale ϕ1 par rapport à u2 de phase initiale ϕ2 est :
∆ϕ = ϕ1 - ϕ2 . ∆ϕ est une grandeur algébrique.
Si ∆ϕ = ϕ1 - ϕ2 > 0 alors u1 est en avance de phase par rapport à u2
Si ∆ϕ = ϕ1 - ϕ2 < 0 alors u1 est en retard de phase par rapport à u2
3-2- Identification du signal en avance ou en retard :
u(t)
a) Préciser à partir des signaux affichés sur l’écran de l’oscilloscope quel
est le signal en avance de phase sur l’autre.
uR(t)
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 uR par rapport à u?
∆ϕ = ϕu - ϕu < 0 car uR 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
∆ϕ
∆t
2π
=
⇒ ∆ϕ = 2π
π.
T
T
∆t
b) Mesures
A partir des signaux affichés sur l’écran de l’oscilloscope, mesurer le décalage horaire ∆t entre u et uR
T
∆t = 0,5ms ou ∆t =
8
En déduire (en faisant attention au signe) la valeur du déphasage de uR par rapport à u?
∆t
∆ϕ = 2π
π.
= 2π . 1/8 = π /4 uR est en retard de phase par rapport à u ⇒ ∆ϕ = ϕu - ϕu < 0
T
∆ϕ = − ∆ϕ = −π /4
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