TP 18 Résonance en tension du circuit RLC

TP 18 Résonance en tension du circuit RLC
Lycée Polyvalent de Montbéliard - Physique-Chimie - TSI 1 - 2016-2017
avec Rtot la résistance totale du circuit.
Capacités exigibles
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Mettre en œuvre un dispositif expérimental autour du phénomène de résonance
Obtenir un signal de valeur moyenne, de forme, d’amplitude et de fréquence données.
Gérer, dans un circuit électronique, les contraintes liées à la liaison masse.
Définir la nature de la mesure effectuée (valeur efficace, valeur moyenne, amplitude, valeur
crête à crête,...).
− Choisir de façon cohérente la fréquence d’échantillonnage, et la durée totale d’acquisition.
− Reconnaître une avance ou un retard.
− Repérer précisément le passage par un déphasage de 0 ou π en mode XY.
Matériel : une résistance variable, un oscilloscope, un ordinateur avec LatisPro, un
condensateur 10 nF, une bobine (120 mH, 75 W), un générateur basse fréquence (GBF), une
alimentation stabilisée, une sonde différentielle, deux multimètre.
Ce TP est évalué.
Vous avez le droit d’utiliser les informations que vous avez consigné dans votre cahier de
TP. Vous devez noter toutes les informations que vous jugez pertinentes dans le cahier.
On prendra soin de bien justifier toutes les incertitudes de mesure. L’autonomie et la prise
d’initiative sont valorisées dans l’évaluation.
Compétences évaluées :
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Obtenir un signal de valeur moyenne, de forme, d’amplitude et de fréquence données.
Gérer, dans un circuit électronique, les contraintes liées à la liaison masse.
Effectuer des représentations graphiques à partir de données expérimentales.
Confronter un modèle à des résultats expérimentaux.
Dans ce TP, on étudie la résonance en tension du circuit RLC. La tension du
générateur est une tension sinusoïdale de fréquence f . On rappelle que la pulsation
est donnée par ω = 2πf .
La mise en équation électrique conduit à l’équation différentielle
2
d UC (t) ω0 dUC (t)
+
+ ω02 UC (t) = ω02 e0 sin ωt
dt2
Q dt
r
1
1
L
2
avec
ω0 =
et Q =
LC
Rtot C
Maxime Champion - www.mchampion.fr
• À l’aide du matériel disponible, réaliser le montage électrique en faisant attention
à la position de la masse. Réaliser un schéma précis avec les bonnes notations. Observer simultanément à l’oscilloscope la tension d’alimentation et celle aux bornes
du condensateur.
Appeler le professeur.
• À l’aide d’un multimètre, mesurer la résistance parasite du circuit sans la résistance variable. Régler la résistance variable de sorte que le facteur de qualité soit
de l’ordre de 10.
• Faire varier la fréquence de la tension en entrée, sans modifier son amplitude,
pour rechercher puis mesurer la fréquence de résonance fR telle que l’amplitude
de UC (t) soit maximale. On pourra éventuellement utiliser, en plus de l’oscilloscope, un voltmètre pour la mesure de la valeur efficace de UC (t).
• Rechercher puis mesurer ensuite
√ les deux fréquences f1 et f2 telles que l’amplitude
de UC (t) soit égale à UC,max / 2.
• À l’aide de l’oscilloscope, se placer en mode XY pour observer le signal d’entrée
et le signal de sortie. Lorsque ceux-ci sont déphasés de π/2, on observe une ellipse dont les axes principaux sont parallèles aux axes. Rechercher puis mesurer
précisément la fréquence propre f0 telle que le signal d’entrée et le signal.
On rappelle que la fréquence de résonance et la fréquence propre sont différentes.
On prendra bien soin d’estimer les incertitudes de jugé. En effet, ce critère personnel
est visuel est vérifié pour tout une gamme de fréquence.
Appeler le professeur.
• Réaliser au moins quatre autres séries de mesures pour différents facteurs de qualité
Q. À l’aide du logiciel Régressi, tracer (ω1 − ω2 )/ω0 en fonction de 1/Q, conclure.
• À l’aide du logiciel Regressi, et pour un facteur de qualité donné, mesurer et tracer
les diagrammes en amplitude.
Question bonus : Rechercher la résonance en courant en observant la tension aux
bornes de la résistance. À quelle fréquence a-t-elle lieu ?
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