TP avec explications sur l`oscillo

TP L’oscilloscope
But :
1) Le but de se TP est de se familiariser avec l’oscilloscope. La partie mémorisation du signal n’est pas abordée car
dans ce cas on remplace avantageusement l’oscilloscope par l’ordinateur.
2) Pour compléter cette étude, vous pourrez vous exercer avec l'animation "période fréquence" en ligne à la page
http://ghostyd.free.fr/ressourcesTS/simul%20oscillo1.swf
I) Schéma de principe
Vue de profil
La partie essentielle d’un oscilloscope est un tube en verre où l’on a fait un vide très poussé.
1) Canon à électrons : On chauffe un filament, ses électrons deviennent plus faciles à arracher. On les arrache
par des forces électrostatiques à l’aide d’une électrode positive (la cathode). Celle-ci est percée de trous et laisse
ainsi passer la majorité des électrons qui arrivent à son niveau avec une grande vitesse. On obtient ainsi un faisceau
d’électrons.
2) Plaques de déflexion électriques : Si les plaques X et X’ ne sont pas dans le même état électrique (c'est-à-dire
si elle sont soumises à une tension) alors le faisceau ne continue pas sa course tout droit vers le centre de l’écran :
il est dévié. Si par exemple X est positive et X’ négative alors les électrons sont attirés par la plaque X et
repoussés par la plaque X’, mais comme les électrons ont une grande vitesse, ils n’ont pas le temps de dévier jusqu’à
aller sur la plaque X, ils sont seulement légèrement déviés. Dès qu’ils sont sortis d’entre les plaques, ils ont de
nouveau une trajectoire rectiligne, mais qui n’est plus dans l’axe de l’oscilloscope. En général les plaques verticales
sont reliées à un générateur interne à l’oscilloscope et permettent, grâce à une tension adaptée, au faisceau
d’électrons de balayer l’écran de gauche à droite (vu d’en face). Les plaques horizontales sont reliées à l’entrée YI
et Masse. Ainsi, si on applique la tension à mesurer entre ces deux bornes, on observe une déviation verticale sur
l’écran qui est proportionnelle à la tension mesurée. La plupart des oscilloscopes sont bicourbes, c'est-à-dire qu’il y
a un deuxième jeu de plaques verticales reliées à une autre entrée (YII et Masse).
3) L’écran : Il est fait dans un matériaux un peu particulier qui convertit en lumière l’énergie cinétique des
électrons qui le percutent, on obtient un spot lumineux. Comme le spot ne s’éteint pas instantanément après un
choc, un balayage rapide et répété permet de donner au spot l’allure d’une courbe immobile.
II) Groupes de fonctions :
4
Spot
5
6
7
8
9
Balayage
3
Voie II
2
10
1
11
12
13
Voie I
14
11’
15
10’
16
14’
13’
12’
16’
Affichage
19
18
17
III) Index des boutons :
1
Focus. Permet d’obtenir une trace nette.
2
Intensité. Permet de régler la luminosité afin d’obtenir une trace fine et lumineuse.
3
On-Off.
4
Permet d’arrêter le balayage du spot.
5
Permet de décaler horizontalement l’oscillogramme obtenu.
6
Base de temps. Permet de régler la vitesse de défilement du spot.
7
Permet de décalibrer la base de temps.
8
Permet de régler le niveau seuil déclenchant le départ du spot de la gauche de l’écran.
9
Activation de la fonction mémoire de l’oscilloscope (non développé ici car redondant avec l’ordinateur)
10
Sensibilité verticale de la voie II . On dit aussi calibre verticale de la voie II.
11
Déplacement verticale de la courbe de la voie II (à ne plus toucher après le centrage préliminaire).
12
Calibrage et décalibrage de la sensibilité verticale de la voie II.
13
Position AC (alternative courant) pour afficher des courants alternatifs. L’affichage est moyenné à zéro.
Position DC (direct courant) pour afficher une éventuelle composante continue (bouton décalage générateur)
14
Ground de la voie II. Permet de régler la trace au centre de l’écran quand une tension est branchée.
15
Permet d’inverser l’affichage de la tension mesurée en voie II. Utile pour mesurer 2 tensions en même temps.
16
Entrée II.
17
Permet d’afficher directement en temps réel la somme des tensions des voies I et II
18
Permet d’afficher la voie I et la voie II en même temps.
19
Permet d’afficher la voie I ou la voie II
16’
Entrée I.
10’
Sensibilité verticale de la voie I . On dit aussi calibre verticale de la voie I.
12’
Calibrage et décalibrage de la sensibilité verticale de la voie I.
13’
Position AC (alternative courant) pour afficher des courants alternatifs. L’affichage est moyenné à zéro.
Position DC (direct courant) pour afficher une éventuelle composante continue (bouton décalage générateur)
14’
Ground de la voie I. Permet de régler la trace au centre de l’écran quand une tension est branchée.
11’
Déplacement verticale de la courbe de la voie I (à ne plus toucher après le centrage préliminaire).
IV) Réglages préliminaires :
1) Allumez l’appareil avec 3
2) Déselectionnez 17 18 , appuyez sur 19 et 4 puis placez le spot lumineux au centre
de l’écran en vous aidant des boutons 5 11 . Afin de régler la trace n°2.
3) Déselectionnez 19 puis placez le spot au centre avec les boutons 5 11’ Pour faire
pareil avec la trace n°1.
4) Réglez la netteté du spot avec le bouton 1
5) Réglez l’intensité lumineuse avec 2
6) Tournez 7 12 12’ vers la droite afin que les valeurs indiquées par
soient les bonnes (sinon il y a décalibrage).
3
1
2
7
12 12’
V) Utilisation de l’oscilloscope comme voltmètre :
1) Brancher une pile sur la voie I (D’abord borne rouge sur le + de la pile puis l’inverse).
-
+
-
+
+
-
2) Assurez vous que vous savez mesurer la tension de la pile en utilisant le calibre voie I et la déviation.
Bouton
12
2,25 Div
Ici déviation = +2,25 Div
Calibre = 2V/Div
Donc Umesurée = 2,25x2 = 4,5 V
3) En retournant la pile, la déviation est vers le bas, la tension mesurée est négative.
VI ) Balayage :
Lorsque vous désélectionnez le bouton 4 , le spot balaye l’écran d’autant plus vite que la
sensibilité horizontale appelée « base de temps » est petite. Ce réglage permet d’étaler
plus ou moins une tension variable dans le temps.
VII) Visualisation d’une tension variable (sinusoïdale):
1) Réglage du Générateur basse fréquence (GBF):
a. Branchez le générateur sur le secteur,
et reliez le à l’oscilloscope………………………..
b. Choisissez une tension sinusoïdale….……….
c. Réglez la fréquence sur2500 Hz.
Placez ce calibre sur 10 KHz ………….……….
Réglez sur 2,5 ………………………………………………
d. Choisissez une tension de sortie de 6V :
Réglez environ le bouton sur 6 et
enclanchez le calibre 20V …………………………
e. Ce bouton permet d’ajouter ou d’annuler
une composante continue de la tension…….
4
2) Réglages de l’oscilloscope :
a. Enclenchez 12’ (Direct Courant).
b. Calibre voie I sur 2 V/Div.
c. Base de temps sur 0,1 ms/Div.
3) Mesure de la période et de la fréquence :
a. La déviation max du spot vers le haut est 3 Div
Donc l’amplitude de la tension est :
Umax = 3 Div x 2 V/Div = 6 V
b. Le signal se reproduit au bout de 4 Div
Donc la période du signal est :
T = 4 Div x 0,1 ms/Div = 0,4 ms
D’où f = 1/T = 1/(0,4.10-3) = 2500 Hz
3 Div
4 Div
Remarque : il est possible qu’il faille réajuster à postériori
le générateur si on veut exactement ces valeurs.
4) Influence des deux boutons importants :
Changez la tension délivrée par le générateur en sélectionnant le bouton x100K des fréquences à la place du x10K
et en désélectionnant le bouton calibre 20V pour qu’il corresponde à 2V .
Déterminer pour la nouvelle tension délivrée l’amplitude U’max et la fréquence f’. Pour cela modifier la base de temps
(bouton 6 ) et la sensibilité verticale (bouton 10’ ) pour exploiter au mieux la taille de l’écran et donc d’optimiser la
précision de la mesure.
U’max =
f’ =
VIII) Visualisation d’une tension variable en créneaux ou triangulaire :
Sélectionnez les 2 autres
formes de tensions que le
générateur peut délivrer
et observez les
oscillogrammes.
IX) Visualisation de deux tensions simultanément :
Rajoutez un branchement pour la pile sur la voie II
Et sélectionnez 18 à la place de 19 pour visualiser
Les deux tensions en même temps. Remarquez que
chaque tension à sa propre sensibilité Verticale.
X) Exercice :
Demandez au professeur de régler le générateur et de dérégler l’oscilloscope. Le but est d’arriver à régler seul
l’oscilloscope afin de trouver la période et l’amplitude du signal.
Oscillogramme obtenu après réglage
Réglages et deviations :
Résultats :
Deviation verticale :
Sensibilité verticale :
Déviation horizontale :
Amplitude :
Umax =
Période :
T =
Base de temps :
Fréquence :
f =