TP EL20

TP EL20
A) Organisation
Il est rappelé que la présence au TP est obligatoire.
Les TP doivent être préparés (cours appris et énoncé de TP lu). Un contrôle de connaissance sous
forme de questions pourra être fait en début de séance.
Il vous sera demandé pour chaque TP de rédiger un compte-rendu qui sera rendu en fin de séance.
Même si une note de TP vous est attribuée en fin de semestre, il est à noter que les travaux pratiques sont
là pour vous familiariser avec l'électronique et vous donner un complément de formation en conséquence
n'hésitez pas à poser des questions.
L'évaluation des TP s'effectuera sur vos comptes-rendus ainsi que votre attitude au cours des séances de
TP.
B) Compte-rendu
Un compte-rendu n’est ni la réponse à un questionnaire, ni une prise de notes sténographiques.
Il doit être correctement rédigé, c’est-à-dire que l’on doit pouvoir le lire sans le texte du TP, sans pour
autant vous forcer à recopier l’énoncé des questions posées dans le texte du TP.
Dans le compte-rendu, il faut vous efforcer de :
•présenter les objectifs de la manipulation
•indiquer le matériel que vous avez utilisé (sauf s’il est imposé)
•faire des schémas complets des montages réalisés, mettant en évidence les appareils de mesure,
et/ou le branchement de l’oscilloscope.
•ne pas mélanger les mesures et les calculs théoriques.
•regrouper les mesures dans un tableau.
•conclure, en comparant mesures et calculs théoriques, et en justifiant de manière pertinente les
éventuels écarts.
C) Matériel
A l’issue de la manipulation :
•éteindre les appareils
•ranger votre poste de travail
•remettre en place le matériel déplacé
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TP 1 : Etude de circuits du premier ordre
Plan du TP
Partie A : Préparation à faire avant le TP
N.B. : les résultats aux questions posées dans la préparation sont exigés au début du TP
Partie B : Manipulations
1) Utilisation de l’oscilloscope en mode XY (durée conseillée : 1h)
2) Circuit R, L en régime transitoire (durée conseillée : 1h)
3) Circuit R, C en régime sinusoïdal (durée conseillée : 2h)
A) Préparation
Question 1 : méthode de Lissajous
On visualise à l'oscilloscope l'ellipse de Lissajous
suivante (ci-contre). Cette ellipse, inscrite dans
un rectangle de côtés A'A = 100 ± 2 mm et
B'B = 64 ± 2 mm, est la trajectoire du point M de coordonnées
(x(t), y(t) ) données ci-dessous, dans le plan xOy. On donne
P'P = 74 ± 2 mm.
On donne : x(t) = a cos (ωt) y(t) = b cos (ωt - ϕ), avec 0 < ϕ <
π
2
.
1. Où se trouve le point M (x(t), y(t) ) pour t = 0 ?
2. Calculer les composantes de la vitesse du point M, soient
˙
x
(t) et
˙
y
(t), et déterminer le vecteur
vitesse pour t = 0. En déduire le sens de parcours de l’ellipse par le point M.
3. En écrivant que y = 0 en P (par exemple), et en respectant les conditions sur ϕ, montrer que sin ϕ
vérifie :
sin =∣ P' P
A ' A∣=∣QQ' B'B∣
.
N.B. : cette méthode n’est intéressante que pour des angles ϕ <
π
3
.
Question 2 : circuit du premier ordre en régime transitoire
Redonner les résultats essentiels concernant le circuit RL série correspondant au dessin ci-dessous ( UL(t) ,
iL(t), constante de temps, etc.).
On supposera qu’à t = 0, on ferme l’interrupteur K.
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Question 3 : On définit le temps de montée tr (temps mis par la tension de sortie pour passer de 10% de la
valeur maximale à 90% de cette valeur maximale).
Montrer que
tr≈2,2 τ
Question 4 : même question en remplaçant L par C, condensateur initialement déchargé. Les grandeurs
importantes devenant i(t) et UC(t).
On supposera qu’à t = 0, on ferme l’interrupteur K.
B) Manipulations
1. Utilisation de l’oscilloscope en mode XY.
1.1. Essai en sinusoïdal. Réglage de la position du repère XY
En fonctionnement XY, la base de temps n'intervient plus et on visualise un signal en fonction de l'autre.
La fonction XY est accessible par la touche DUAL.
Quel signal est envoyé en X (voie 1 ou voie 2) ? Expliquer la démarche que vous avez adoptée pour
arriver à cette conclusion ?
Sélectionner le GBF en sinusoïdal et régler l'amplitude à 10V crête à crête, la fréquence à 1kHz..
Injecter ce signal sur les voies 1 et 2 de l'oscilloscope sélectionné en fonctionnement XY.
Essai 1 : court-circuiter la voie 2 (GD).
Quelle est la figure obtenue ?
De quel axe (X ou Y) cet essai permet-il de régler la position ?
Essai 2 : mêmes questions que précédemment en court-circuitant la voie 1.
Les deux essais précédents permettent de régler la position du repère XY.
Essai 3 : Les deux voies étant en position DC, relever et justifier l'oscillogramme obtenu (ne pas oublier
de relever les calibres en X et Y).
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1.2. Courbes de Lissajous.
Les courbes de Lissajous sont les différentes courbes résultant de la composition de deux vibrations
sinusoïdales d'équations :
xt=A sin ωxt
yt=Bsinωytψ
Si les pulsations
ωx
et
ωy
sont quelconques, on voit apparaître sur l'écran de l'oscilloscope (en mode
XY) un rectangle de côtés
2 A
et
2 B
, enveloppe de courbes complexes.
Si par contre le rapport des deux pulsations est un nombre entier, on peut déduire le rapport des deux
fréquences par simple observation de la courbe.
En effet, soient :
nx
le nombre de points de la courbe ayant une tangente horizontale
ny
le nombre de points de la courbe ayant une tangente verticale
on démontre que :
fxnx=fyny
Ainsi, connaissant l'une des deux fréquences, on pourra aisément en déduire l'autre.
La figure suivante montre deux exemples de courbes de Lissajous, et les valeurs de
nx
et
ny
que l'on en déduit :
nx=6 ; ny=2
nx=ny=2
Au moyen de deux GBF et de l'oscilloscope en mode XY, visualiser deux figures de Lissajous. Les
relever en représentant leurs tangentes horizontales et verticales.
Pour chacune d'elle, préciser les valeurs des fréquences affichées sur les deux GBF, et vérifier la relation
précédente.
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2. Circuit RL en régime transitoire
2.1. Montage
Réaliser le montage décrit ci-dessous :
Le générateur basses fréquences (GBF) délivre un signal carré symétrique, -6V / +6V, de rapport cyclique
½.
r désigne la résistance (imperfection) dans le schéma équivalent de l’inductance.
Questions annexes :
•Calculer la valeur théorique de la constante de temps
τ=L
Rtotale
en ms, après une mesure rapide de r à
l’ohmmètre.
On appelle pulsation de coupure la quantité
ωc=1
τ
en rad /s et f c la fréquence de coupure associée à
c
. On rappelle que
cet f csont reliées par c=2 ⋅⋅fc
Calculer
ωc
et f c.
2.2. Caractéristiques temporelles
Pour les fréquences suivantes du signal d’entrée 100 Hz, 500 Hz,1 kHz, 5 kHz :
•Relever VE (t) et VR (t) ;
•Relever VE (t) et VL (t) ; (Attention ! Il faut permuter la bobine et R !)
2.3. Mesure de la constante de temps τ .
Pour cela, on mesure le temps de montée t r (temps mis par la tension de sortie pour passer de 10% de la
valeur maximale à 90% de cette valeur maximale).
Mesurer t r. Vérifier que
tr≈0,35
fc
. Comparer aux valeurs prévues précédemment
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