2 - zayani hichem

REPUBLIQUE TUNISIENNE
Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique
Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Sfax
Atelier
Physique
Elaboré par : Hichem Zayani
Technologue à l’ISET de Sfax
Génie de procédé « Niveau 1 »
A-U : 2014-2015
Sommaire
TP 1 : Mesure des grandeurs électriques……………………………………………………..1
TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton….….12
TP 3 : Diode à jonction « Caractéristique »……………………………………………….…24
TP 4 : Diode à jonction « Redressement »…………………………………………..……….31
TP 5 : Etude des circuits RLC série et résonance……………………...…………………….39
TP 6 : Les amplificateurs opérationnels……………………………………………………..48
Mesure des grandeurs électriques
Objectifs



Utiliser les appareils de mesures analogique et numérique (voltmètres, Ohmmètre…).
Mesurer les grandeurs électriques.
Association du dipôle électrique passif tel que la résistance (Série, parallèle).
Pré-requis

Loi d’Ohm
Elément de contenu





Lire la valeur de la résistance : Lecture directe ; mesure par Ohmètre.
Mesure des courants et des tensions.
Association des résistances en série.
Association des résistances en parallèles.
Caractéristique d’un dipôle passif : Résistance
Moyens Pédagogiques





Appareils de mesure analogique et numérique.
Plaque a essaie.
Alimentation stabilisée
Rappel théorique.
Tableau
Durée

ISET Sfax
1 séance de 3 heures
Département GP
Fascicule TP : Atelier physique
Enseignant : H. ZAYANI
Page: 1
ISET- Licence génie des procédés – GP 1
TP 1
Institut supérieur
des études technologiques
SFAX
TP 1 : Mesure des grandeurs électriques
1. But:
Mesurer les grandeurs électriques courant, tension et résistance.
2. Rappel théorique :
2.1
Les Appareils de mesure
2.1.1 Voltmètre
Le voltmètre est l'appareil qui mesure la tension électrique. Le choix du voltmètre dépend
du type de tension que l'on doit mesurer. En effet, le voltmètre sera différent selon que l'on
doive mesurer une tension continue ou une tension alternative.
Il existe deux types de lecture sur les voltmètres, comme sur tous les instruments de
mesure d'ailleurs. La lecture digital utilise un cadran a cristaux liquides (affichage numérique)
alors que {'affichage analogique indique la valeur de la tension par le déplacement d'une
aiguille.
Figure 2 : Appareil numérique
Figure 1 : Appareil analogique
Il est préférable, lorsqu'on prend une lecture de tension, d'utiliser l'échelle la plus grande
pour
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ensuite
la
ramener
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à
l'échelle
qui
offre
Fascicule TP : Atelier physique
la
lecture
la
plus
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précise.
Page: 2
TP 1 : Mesure des grandeurs électriques
 On place toujours le voltmètre parallèlement à l’ endroit ou l'on désire prendre
une mesure.
Lorsqu'on travaille sur un circuit C.C (Courant Continu), on doit respecter la polarisation
des éléments. Ainsi si on obtient une valeur négative, on doit inter changer les bornes. Par
contre, dans le cas d'un voltmètre C.A (Courant Alternatif), II n'est pas nécessaire de tenir
compte de la polarisation de l'élément car le voltmètre donnera la même valeur, peu importe
le sens du branchement.
R
1
R
2
Figure 3 : Branchement d’un voltmètre
2.1.2 Ampèremètre
L'ampèremètre est l'appareil qui mesure le courant électrique qui traverse un circuit.
Comme le voltmètre, il est préférable de commencer la lecture a l'échelle la plus élevée pour
ensuite la ramener a une échelle plus précise et ce, pour ne pas briser l'appareil.
L'ampèremètre se place toujours en série dans le circuit étudié.
Figure 4 : Branchement d’un ampèremètre
2.1.3 Ohmmètre
L'ohmmètre est l'appareil qui sert à mesurer la valeur de la résistance d'un composant.
Comme pour l'ampèremètre et le voltmètre, il existe des ohmmètres à lecture à aiguille et
d'autres a lecture digitale. La mesure de la résistance ne tient pas compte de type de courant
qui passe dans le composant.
Pour effectuer une lecture avec un ohmmètre, il faut le brancher (en parallèle) directement
aux bornes du composant qu'on désire mesurer. Toutefois, le circuit doit être mis hors tension
et le composant doit être isolé du reste du circuit. Dans le cas contraire, les composants
voisins peuvent perturber la lecture.
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TP 1 : Mesure des grandeurs électriques
Figure 5 : Branchement d’un ohmmètre
2.1.4 Multimètre
II existe naturellement plusieurs types de contrôleurs appelés aussi multimètre, de
caractéristiques différentes.
Ils comportent tous un sélecteur permettant de choisir le mode de fonctionnement
(ampèremètre, voltmètre, alternatif ou continu.) ainsi que le calibre (1mA ; 0,3 V ....). Les
symboles utilisés sont ; continu (D.C), alternatif (A.C). Tous ces appareils possèdent
plusieurs bornes (2 au moins).
Les deux bornes utilisées le plus souvent sont repérées par les symboles + et-(ou COM).
Il faut respecter la polarité de l'appareil utilisé en ampèremètre ou en voltmètre en courant
continu.
2.2

Lecture des résistances
Présentation
Les résistances ont toutes une valeur ohmique, qui peut être faible (par exemple 0,1 ohm)
ou élevée (par exemple 10 Méga ohms). La valeur d'une résistance est inscrite sur le
composant lui-même, afin d'éviter toute erreur de choix lors de leur manipulation. Pour que
tout le monde s'y retrouve sans ambigüité, un code d'écriture de la valeur ohmique a été
adopté et normalisé. Selon la taille du composant, la valeur peut être inscrite en clair, en code
de couleurs ou en code chiffré. Affichage en clair.

Repérage
Pour connaitre la valeur ohmique d'une résistance, il faut identifier les couleurs présentes
sur la résistance et l'associer au code universel des couleurs.
La norme internationale CEI 60757, intitulée Code de désignation de couleurs (1983), définit
un code de couleur qui est apposé sur les résistances, les condensateurs (et d'autres
composants). Ce code définit la valeur des résistances, condensateurs,...
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TP 1 : Mesure des grandeurs électriques

Affichage en code de couleurs
Le codage de la valeur de la résistance peut être réalisé avec trois anneaux de couleur,
quatre anneaux de couleur, cinq anneaux de couleur (haute précision) ou six anneaux de
couleur (haute précision et haute stabilité). A chaque couleur (et donc à chaque anneau)
correspond un chiffre, selon une table de correspondance normalisée et utilisée par tout le
monde. Certains anneaux de couleur permettent de définir la valeur de base du composant, un
anneau définit le facteur de multiplication à appliquer à la valeur de base, un autre peut définir
sa tolérance (précision), et un dernier enfin peut définir le degré de stabilité de la valeur du
composant en fonction de conditions extérieures telle que la température ambiante

Résistance avec quatre anneaux de couleur
Les deux premiers anneaux sont significatifs, le troisième indique le facteur de
multiplication, et le quatrième indique la tolérance (précision).
1° anneau
gauche
1er chiffre
2° anneau
gauche
1er chiffre
Dernier
anneau gauche
Multiplicateur
Anneau droite
1er chiffre
Tolérance
Noir
0
0
1
Marron
1
1
10
1%
Rouge
2
2
102
2%
3
Orange
3
3
10
Jaune
4
4
104
Vert
5
5
105
0.5%
Bleu
6
6
106
0.25%
Violet
7
7
107
0.1%
Gris
8
8
108
0.05%
Blanc
9
9
109
Or
0.1
5%
Argent
0.01
10%
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TP 1 : Mesure des grandeurs électriques
 Sens de lecture
Dans quel sens met-on la résistance pour la lire ?
Il faut localiser l'anneau qui correspond à la tolérance (couleur or ou argent par exemple),
vous placez la résistance de telle sorte que cet anneau se trouve sur votre droite, et vous
commencez à lire à partir de la gauche.
2.2.1 Association de résistance en série
Quand deux ou plusieurs résistances sont traverses successivement par le même
courant, on dit qu'elles sont reliées en série, ou plus simplement qu'elles sont en série. Le fait
que le courant circulant dans ces résistances soit le même pour toutes est une caractéristique
spécifique des liaisons en série, donc plusieurs résistances en série sont toutes traversées par
le même courant.
A
Rn
R2
R1
i
u1
B

A
R
B
u
un
u2
i
La loi d'Ohm appliquée a chacun des résistances permet d’écrire :
U1  R1 .i
;
U 2  R2 .i
; ..........,
U n  Rn .i
La tension U aux bornes de l'ensemble des n résistances placées en série est égale a la somme
des tensions aux bornes de chaque résistance soit alors:
U  U1  U 2  ...  U n
U   R1  R2  ...  Rn  .i
La résistance équivalente R = U/I vaut donc:
Req  R1  R2  ...  Rn
2.2.2 Association de résistance en parallèle
Dans ce type de montage, chacune des n résistances ont une de leurs bornes reliées au "+" de
l’alimentation et l'autre au "-". Toutes les n résistances se voient donc appliquer la même
tension, celle fournie par l’alimentation. Cet état de fait est une caractéristique spécifique
des liaisons en parallèle. Aux bornes de plusieurs éléments associes en parallèle, il y a
toujours la même tension.
Calculons la résistance R équivalente à n résistances en parallèle.
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TP 1 : Mesure des grandeurs électriques
A
i1
R1
i2
R2
in
Rn
B

A
R
i
B
u
u
U  U1  U 2  U3    U n
I  I1  I 2  ...  I n
I1 
U
U
U
U
; I2 
; I3 
; ; In 
R1
R2
R3
Rn
I
1 1 1
U
U U U
U
1 
 + + +   =U  + + +   
R
R1 R2 R3
Rn
Rn 
 R1 R2 R3
1
1
1
1


 ... 
R
R1
R2
Rn
3. Travail demandé
Etant donné le montage de la figure 1, donner les valeurs des résistances R1, R2 et R3 puis
vérifier ces valeurs par une mesure directe à l’aide d’un ohmmètre.
Couleur
Lecture directe
R1
Marron, Noir, Rouge
R2
Rouge, Rouge, Rouge
R3
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Mesure par
Ohmmètre
Jane, Volet, Noir
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TP 1 : Mesure des grandeurs électriques
R1
R2
R3
A
E = 10 V
V
Figure 6 : Association des résistances en série
1. Réaliser le montage de la figure 1 Avec R1=1k ; R2=4,7k ; R3=10k.
2. A l’aide d’un voltmètre ou de l’oscilloscope, mesurez et régler la tension U a
10Volts.
3. A l’aide d’un ampèremètre, mesurer le courant Imes, comparer le avec la valeur du
courant théorique Ith.
Calcule de Ith :
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Lecture
Calibre
Echelle
Valeur
Imes
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
4. Mesurer les chutes de tensions suivantes : U1 aux bornes de R1 ; U2 aux bornes de R2 ;
U3 aux bornes de R3. Vérifier la relation : U=U1+U2+U3.
Lecture
Calibre
Echelle
Valeur
U1(V)
U2(V)
U3(V)
…………………………………………………………………………………………………...
.......................................................................................................................................................
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TP 1 : Mesure des grandeurs électriques
5. Déduire, a partir des mesures effectuées, les valeurs des résistances R1, R2, et R3.
Comparer les valeurs que vous avez déterminées avec celles marquées sur les
résistances.
R1=………………………………………………………………………………………………
R2=………………………………………………………………………………………………
R3=………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
6. Etudier le montage de la figure 2.
I
A
I1
E = 10 V
A
I2 A
V
R1
R2
Figure 7 : Association des résistances en parallèle
7. Calculer théoriquement les courants I, I2 et I3
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
8. A l’aide du voltmetre ou de l’oscilloscope Vérifier que la tension dans chacune des
branches est bien égale à la tension d’alimentation.
9. Mesurer les courants: I1 aux bornes de R1 ; I2 aux bornes de R2 ; et le courant totale I.
Vérifier la relation : I=I1+I2.
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TP 1 : Mesure des grandeurs électriques
Lecture
Calibre
Echelle
Valeur
I1(A)
I2(A)
I(A)
…………………………………………………………………………………………………...
.......................................................................................................................................................
10. Comparer les valeurs que vous avez mesurées avec les valeurs théoriques. Interpréter.
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
11. Réaliser le montage suivant :
A
V
E = 0...15 V
RX
Figure 8 : Mesure volt-ampermètrique d’une résistance
12. Compléter le tableau ci-dessous pour différente valeur de E.
E
0
3
6
9
12
15
U(V)
I(mA)
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TP 1 : Mesure des grandeurs électriques
13. Représenter la caractéristique I = f(U)
14. Interpréter la courbe et déduire la valeur de la résistance.
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………….
15. Pour quelle valeur de R le générateur délivre sa puissance maximale ?
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
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Vérification des lois de Khirchoff, superposition, Thévenin et
Norton
Objectifs

Vérifier les lois d’électricité (Khirchoss, superposition, Thévenin et Norton).
numérique.
Pré-requis


Loi d’Ohm.
Mesure des grandeurs électriques.
Elément de contenu




Loi de Khirchoff.
Théorème de superposition.
Théorème de Thevenin.
Théorème de Norton.
Moyens Pédagogiques





Appareils de mesure des grandeurs électriques.
Plaque a essaie.
Alimentation stabilisée.
Rappel théorique.
Tableau
Durée

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2 séance de TP soit 6 heures
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ISET- Licence génie des procédés
TP 2
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, superposition, Thévenin et Norton
1. But:
Vérifier expérimentalement les lois de Khirchoff, le théorème de superposition, le
théorème de Thévenin et le théorème de Norton pour les circuits à courant continu.
2. Rappel théorique:
a. Loi de Khorchoff 1 "Loi des nœuds"
La somme des courants qui arrivent en un nœud d'un réseau électrique est égale à la
somme à ceux qui partent.
I
I1
I2
I3
I  I1  I 2  I 3
b. Loi de Khorchoff "Loi des mailles"
La somme algébrique des chutes de tension dans une maille est égale à la somme algébrique
des forces électromotrices "f.e.m".
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
R2
R1
+
E1
E2
 R1 I  R2 I  E1  E2
c. Théorème de superposition.
Dans un réseau comprenant plusieurs sources de tension (éventuellement de courant), le
courant dans une branche est égale à la somme des courants crée dans cette branche par
chaque source prise séparément. (Court-circuiter les sources de tension et ouvrir les sources
de courant).
Exemple:
On se propose de chercher le courant I qui circule dans le circuit électrique
suivant:
R1
R2
E1
E2
1ère Etape:
En court-circuitant E2, on a la configuration suivante:
I1
R2
R1
E1
Le courant qui circule dans ce circuit est égal:
I1 
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E1
R 1  R 2 
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
2ème Etape:
En court-circuitant E1, la configuration sera:
I2
R2
R1
E2
Le courant qui circule dans ce circuit est égal:
I2 
 E2
R 1  R 2 
Le courant I est donné par:
I  I1  I 2 
E1  E2 
R1  R2 
d. Théorème de Thevenin.
Le théorème de Thévenin simplifie l'étude d'un circuit électrique compliqué, en une forme
standard équivalente.
Tout circuit résistif, peut être réduit en un générateur de tension équivalent (ETh,RTh).
 ETh : C'est la f.é.m de Thévenin équivalente qui représente la tension aux bornes de deux
points du circuit quand il est ouvert.
 RTh: C'est la résistance de Thévenin équivalente vue entre deux points du circuit lorsque
tous les générateurs sont remplacés par leurs résistances internes.
A
I
I1
I2
R
R1
R2
E
B
Exemple:
On se propose de chercher le courant I2, en appliquant le théorème de Thévenin:
1ère Etape:
Débrancher la résistance R2.
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
2ème Etape:
On calcule la f.é.m de Thévenin ETh aux bornes des points A et B.
ETh  VA  VB 
ER1
R  R1
3ème Etape:
R2 étant toujours débranchée, on court-circuite E, la figure sera donc:
A
R
R1
B
La résistance de Thévenin est donnée par:
RTh 
RR1
R  R1
4ème Etape:
Le schéma équivalent de Thévenin est alors:
I2
RTh
R2
ETh
Le courant I2 est donné par:
I
ETh
RTh  R 2
e. Théorème de Norton.
Le théorème de Thévenin simplifie l'étude d'un circuit électrique compliqué, en une forme
standard équivalente.
Tout circuit résistif, peut être réduit en un générateur de tension équivalent (IN,RN).
IN : Le courant de court-circuit dans la branche AB.
RN : résistance équivalente vue entre A et B après avoir éteint toutes les sources
appliquées.(Court-circuiter les sources de tension et ouvrir les sources de courant)
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
Exemple:
A
I
I1
I2
R
R1
R2
E
B
On se propose de chercher le courant I2, en appliquant le théorème de Norton:
1ère Etape:
Débrancher la résistance R2.
2ème Etape:
On court-circuite le dipôle R2 et on calcule le courant de court-circuit qui s’appelle le
courant de Norton IN.
IN 
E
R
3ème Etape:
R2 étant toujours débranchée, on court-circuite E, la figure sera donc:
A
R
R1
B
La résistance de Norton est donnée par:
RN 
RR1
 RTh
R  R1
4ème Etape:
Le schéma équivalent de Norton est alors:
I2
IN
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RN
R2
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
Le courant I2 est donné par:
I2 
RN
IN
R N  R2
3. Travail demandé:
A. On considère le circuit électrique donné par la figure suivante:
I
I1
I2
I3
R
R1
R2
R3
E
Données: E = 10V; R = R2 = 100 ;
R1 = 47  et R3 = 1k
On vous demande de:
A.1. Calculer théoriquement I1, I2, I3 et I.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……….
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
A.2. Câbler le montage de la figure ci-dessus et mesurer les courants I1, I2, I3 et I.
I1 = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
I2 = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
I3 = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
I = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
A.3. En fonction des courants mesurés, vérifier la loi des nœuds en A
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …… .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
…………………………………………………………………………………………………
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
A.4. Vérifier la loi des mailles (Considérer les cinq mailles)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
A.5. Interpréter les résultats obtenus
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B. Soit le circuit de la figure suivante:
I1
I2
R1
R2
E1
E2
Données: E1 = 5V; E2 = 7V; R = R2 = 100 et
I
R
R1 = 47 
On vous demande de:
B.1. Calculer théoriquement I1, I2 et I.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
B.2. Câbler le montage de la figure ci-dessus et mesurer les courants I1, I2et I.
I1 = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
I2 = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
I = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
B.3. Court-circuiter E2, mesurer le courant I' qui circule dans la résistance R.
I' = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
B.4. Court-circuiter E1, mesurer le courant I'' qui circule dans la résistance R.
I' = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
B.5. Comparer I et I' + I''.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………
B6. Commenter les résultats.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
C. On considère le circuit électrique donné par la figure suivante:
A
I
R1
E1
R2
R
R3
B
Données:
E = 10V; R1 = R3 = 100 ;
R2 =47  et R = 220
C.1. Calculer le courant I en appliquant le théorème de Thévenin.
Expression analytique
Application
numérique
ETh
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
RTh
I
C.2. Câbler le montage de la figure ci-dessus et mesurer le courant I.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………
C.3. Débrancher R puis mesurer ETh  VA  VB , à l'aide d'un voltmètre.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………
C.4. Remplacer E par un court-circuit, R étant toujours débranchée. Mesurer alors la valeur
de RTh à l'aide d'un Ohmmètre.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………
C.5. ETh et RTh étant celle déterminées précédemment, réaliser alors le montage suivant:
I
RTh
ETh
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R
mA
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
C.6. Comparer alors la valeur du courant traversant le milliampèremètre avec celle déjà
calculée.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
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D. On considère le même circuit présenté dans la section C
D.1. Calculer le courant I en appliquant le théorème de Norton.
Expression analytique
Application numérique
IN
RN
I
D.2. Câbler le montage de la figure ci-dessus et mesurer le courant I.
.....................................................................
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………...
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TP 2 : Vérification des lois de Khirchoff, de superposition, de Thévenin et de Norton
D.3. Court-circuiter la résistance R puis mesurer le courant I de court circuit, à l'aide d'un
ampèremètre.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………
D.4. Remplacer E par un court-circuit, R étant toujours débranchée. Mesurer alors la valeur
de RTh à l'aide d'un Ohmmètre.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………
D.5. Comparer alors la valeur du courant traversant le milliampèremètre avec celle déjà
calculée.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……
......................................................................…
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Diode à jonction « Caractéristique »
Objectifs


Représenter la caractéristique d’une diode à jonction (directe et inverse).
Déterminer le schéma équivalent d’une diode à jonction dans le cas réel.
Pré-requis


Loi des mailles (Khirchoff).
Loi d’Ohme.
Elément de contenu


Caractéristique Id = f(Vd).
Identification des éléments du schéma équivalent d’une diode (résistance dynamique
rd et tension seuil v.
Moyens Pédagogiques






Appareils de mesure des grandeurs électriques.
Plaque a essaie.
Alimentation stabilisée.
Oscilloscope.
Rappel théorique.
Tableau
Durée

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1 séance de 3 heurs
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des études technologiques
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TP 3 : Diode à jonction « Caractéristique »
1. But:
Vérifier expérimentalement les lois de Khirchoff, le théorème de superposition et le
théorème de Thévenin pour les circuits à courant continu.
2. Introduction
Une diode ou jonction PN est une zone d’un échantillon semi-conducteur, comprise entre
une région de type P et une région de type N. Par définition, une diode fait référence a tout
composant électronique dote de deux électrodes, une dite anode et l’autre dite cathode. La
cathode (parfois appelée K, pour Cathode) est localisée par un anneau de repérage (il peut y
avoir plusieurs anneaux, dans ce cas l'anneau de repérage est celui qui est le plus prés du bord
de la diode).
3. Caractéristiques
C’est le graphique qui donne l’intensité du courant qui traverse la diode en fonction de la
tension
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à
ses
bornes.
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C’est
la
caractéristique
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tension-courant
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(Id=f(Vd)).
Page: 25
TP 3 : Diode à jonction « Caractéristique »
I
IFM
Région directe
V
VBR
-IS
Vg
Région inverse
Figure
 Région directe (sens direct)
On constate que, quand la tension aux bornes de la diode est inférieure àVg , aucun courant ne
circule dans le circuit, brutalement le courant apparaît. Si nous augmentons la valeur de la
tension aux bornes de la diode reste sensiblement constante et égale àVg .
Vg : appelée tension de seuil de la diode
Cette tension de seuil est de 0,6 V pour le silicuim et 0,2 V pour le germanium.
IFM : Courant direct maximum supporté par la diode en continu.
 Région inverse (sens inverse)
On constate que la diode, ne conduit pas et donc qu’aucun courant ne circule dans le circuit
hormis un léger courant de fuite (courant inverse) de quelque micro ampère.
La tension à partir de laquelle une diode polarisée en inverse conduit s’appelle la tension de
claquage (VBR).
Finalement :
Si V<Vg alors la diode est bloquée
Si V > Vg et I > 0 alors la diode est passante.
 Résistance différentielle (ou dynamique)
La résistance dynamique étant l'inverse de la pente de la caractéristique en un point donné, on
peut la déduire par dérivation de l'expression de ID :
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TP 3 : Diode à jonction « Caractéristique »
rd 
dV
dI

kT
qI
Modèles équivalents d’une diode de redressement.
Symbole :
A
K
Le trait blanc repère la cathode.
A : anode
K : cathode
Modèle de la diode parfaite
Si on néglige la valeur de la résistance r
Modèle équivalent réel
et la tension de seuil de la diode on
obtient une diode parfaite.
Le modèle équivalent complet comporte,
Dans ce cas la diode est équivalente à dans le sens passant (diode polarisée en
un interrupteur fermé dés qu’elle est direct), une résistance de faible valeur en
polarisée dans le sens direct et elle est série avec une source de tension de sens
équivalente à un interrupteur ouvert opposé au passage du courant (force contre
lorsqu’elle est polarisée en inverse. La électromotrice). Par contre dans le sens
diode ainsi modélisée est appelée diode bloqué (diode polarisée en inverse) le
parfaite. C’est l’approximation la plus modèle équivalent de la diode est un circuit
grossière, mais la plus utilisée en ouvert.
électrotechnique
VAK
VAK
VAK
VAK
Vs
i
A
A
K
Diode passante
VAK = 0
I>0
Diode bloquée
VAK < 0
I=0
r
i
K
K
A
Diode passante
VAK > VS
A
K
Diode bloquée
VAK < VS
4. droite de charge ; Point de fonctionnement
Soit le montage suivant :
I
A
R
E
V
d
K
On applique la loi des mailles on a : E  RI  V  I  
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V E

R R
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TP 3 : Diode à jonction « Caractéristique »
I
E /R
IDo
Qo : point de fonctionnement
V
E
VDo
On peut remplacer la diode par le schéma équivalent et on cherche IDo et VDo
5. Travail demandé :
Réaliser le montage suivant :
R
A
V
E
D
Varier la tension d’alimentation continue E de 0 a 10 V et noter le courant et la tension ce qui
vous permettra de remplir le tableau suivant : (Sachant que R = 1kΩ)
E(V)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Id
Vd
Brancher la diode en sens inverse
A
E
R
V
D
Déplacer le voltmètre et mesurer alors la tension directement a la sortie de l’alimentation.
Relever alors le courant en fonction de la tension et remplissez le tableau qui suit :
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TP 3 : Diode à jonction « Caractéristique »
E(V)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Id
Vd
Dans les deux cas, tracer Id en fonction de la tension Vd soit la caractéristique Id=f(Vd).
Expliquez cette caractéristique.
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
Déterminer la tension seuil V et la résistance dynamique rd.
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
2- Réaliser le circuit suivant :
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TP 3 : Diode à jonction « Caractéristique »
Rv
Vin
1kHz
A
B
RM
M
Mettre la tension du GBF a 0 volt
· Brancher les deux voies de l’oscilloscope aux niveaux des voies A et B. On note M le
point de masse.
· Augmenter lentement la tension du GBF jusqu'a l’apparition de la caractéristique.
· Reproduisez cette caractéristique sur papier millimètre.
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Diode à jonction « Redressement »
Objectifs

Comprendre les applications d’une diode à jonction.
Pré-requis



Loi des mailles.
Loi d’Ohm.
Notion mathématique : calcul des intégrales.
Elément de contenu



Redressement simple alternance.
Redressement double alternances.
Calcul de la tension moyenne et efficace.
Moyens Pédagogiques






Appareils de mesure des grandeurs électriques.
Plaque a essaie.
Générateur de basse fréquence (GBF).
Oscilloscope.
Rappel théorique
Tableau
Durée

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1 séance de 3 heures
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TP 4 : Diode à jonction « Redressement »
1. But
Vérifier expérimentalement le redressement simple et double alternance.
2. Application des diodes
Les applications des diodes sont multiples et illimitées en électronique basse fréquence
et haute fréquence comme en électronique faible puissance et forte puissance. L'application
principale de la diode est le redressement de la tension alternative du secteur pour faire des
générateurs de tension continue destinés à alimenter les montages électroniques
Deux types de redressement existent :
- Redressement simple alternance,
- Redressement double alternance.
3. Redressement mono alternance
C’est la transformation d’un signal bidirectionnel en un signal unidirectionnel, aussi que c’est
le passage d’un signal à valeur moyenne nulle en un à valeur moyenne non nulle.
A
220V
50Hz
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K
ic
uD
u
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R
uc
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TP 4 : Diode à jonction « Redressement »
 0  t  T/2
u
U
u > 0 , D est passante
M
uD  0
T/2
uc = u - uD  u
T
t
0
ic = iD
u
c
 T/2  t  T
ic
t
0
u < 0 , D est bloquée
T/2
T
u
uD = u
t
D
0
uc = 0
T/2
T
-U
ic = iD = 0
M
Tension moyenne aux bornes de la charge (cas d’une diode idéale)

Uc
moy
1
T
T
0 Uc (t )dt

U max
p
Courant moyen dans la charge
U cmoy  RI moy  I moy 
U cmoy
R
Tension efficace aux bornes de la charge
2
Uc

eff
 Uc
1
T

T
0 U c (t )dt
2

2
U max
4
U max
2
eff
Ondulation de la tension de charge
D V  U max  U min  U max
Taux d'ondulation
t 
DV
U cmoy

U max
U cmoy
4. Redressement double alternance
Le redressement double alternance peut être obtenu de deux manières : la première méthode
utilise un transformateur à point milieu et deux diodes et la deuxième méthode utilise quatre
diodes.
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Page: 33
TP 4 : Diode à jonction « Redressement »
4.1. Redressement avec 4 diodes
Figure
 0  t  T/2
u
u > 0 , D1 et D4 sont passantes ; D2
UM
et D3 sont bloquées.
uD1 = uD4  0 ;
T/2
t
T
0
uD2 = uD3 =- u ;
uc  u ;
ic = iD1 = iD4 ;
uc
ic
 T/2  t  T
t
u < 0 , D1 et D4 sont bloquées ; D2
et D3 sont passantes.
u 0
T/2
T
0
T/2
T
D
uD2 = uD3  0 ;
uD1 = uD4 = u ;
-U
uc - u ;
t
M
ic = iD2 = iD3 ;
Tension moyenne aux bornes de la charge
U Cmoy 
2U max
2 T /2
U max sin(ωt )dt 

T 0
π
Tension efficace aux bornes de la charge
U Ceff 
U
2 T2 2
U max sin 2 (ωt)dt = max

0
T
2
Courant moyen dans la charge
ICmoy 
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2U max
. R
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TP 4 : Diode à jonction « Redressement »
5.Manupilation
5.1. Redressement mono alternance :
voie B
voie A
VAK
230 V
e(t)
uc(t)
transformateur
On utilise un transformateur 230 V / 12 V pour abaisser la tension du réseau. La charge sera
constituée par le rhéostat de 1000 que l’on réglera sur 330 Attention à bien
mettre le rhéostat à sa valeur de résistance maximum de façon à ne pas court-circuiter le
transformateur.
1) Réaliser le montage ci-dessus.
2) Visualiser les tensions e( t ) et uc( t ). Représenter les allures des deux tensions sur
papier millimètre.
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TP 4 : Diode à jonction « Redressement »
3) Sachant que vAK( t ) = e( t ) - uc( t ), relever à l’aide de l’outli MATH de l’oscilloscope
la tension vAK(t).
…………………………………………………………………………………………..
4) Indiquer, dans un tableau, pour chaque phase de conduction les périodes de conduction
de la diode.
Mesurer la valeur moyenne de la tension uc( t ) à l’aide de l’oscilloscope. Comparez la valeur
mesurée avec la valeur théorique
Valeur expérimentale
Valeur théorique
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………….
5) Mesurer à l’aide de l’oscilloscope l’ondulation puis déduire le taux d’ondulation.
…………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….
6) Conclusion
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
.
Remarque : uc( t ) = e( t ) - vAK( t ) Lorsque la diode est passante, si on ne la considère plus
comme parfaite on aura uc( t ) = e( t ) - 0,7. Ceci explique l’écart de 0,7 Volts que vous
obtenez avec la valeur théorique de la valeur moyenne de uc( t ).
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TP 4 : Diode à jonction « Redressement »
5.2. Redressement double alternance.
Quatre diodes associées selon le schéma
i(t)
D1
v(t)
D4
suivant constituent un pont de Graëtz
D2
D3
c
h
a
r
g
e
monophasé.
1) Réaliser le montage ci-dessus à
u(t)
l’aide de votre pont de diodes et du
rhéostat de 330.
2) Visualiser les tensions
v(t) et
uc(t). Représenter les allures des deux tensions sur papier millimètre.
3) Mesurer la valeur moyenne de la tension uc( t ), puis comparez avec la valeur
théorique.
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
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Enseignant : H. ZAYANI
Page: 37
TP 4 : Diode à jonction « Redressement »
…………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………….
4) Conclusion
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Remarque : uc( t ) = e( t ) - 2vAK( t ) Lorsque la diode est passante, si on ne la considère plus
comme parfaite on aura uc( t ) = e( t ) - 1,4. Ceci explique l’écart de 1,4 Volts que vous
obtenez avec la valeur théorique de la valeur moyenne de uc( t ).
Relever la valeur maximale Umax de cette tension et mesurer la valeur U de cette tension
avec un voltmètre en position AC (alternatif) Donner une relation simple entre les 2 grandeurs
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Page: 38
Etude des circuits RLC série et résonance
Objectifs


Mesure de déphasage par plusieurs méthodes d’un circuit RLC.
Comprendre le phénomène de résonance.
Pré-requis


Ecriture complexe.
Loi des mailles (Khirchoff)
Elément de contenu



Notation complexe.
Déphasage entre la tension et le courant d’un circuit RLC : méthode directe, méthode
de lissajous.
Détermination de la résonance.
Moyens Pédagogiques






Plaque a essaie.
Appareils de mesure des grandeurs électriques.
Générateur a basse fréquence GBF.
Oscilloscope.
Rappel théorique
Tableau
Durée

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1 séance de 3 heures.
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TP 5
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TP 5 : Etude des circuits RLC série et résonance
1. But:
Etudier expérimentalement le circuit RLC série et comprendre le phénomène de
résonance.
2. Rappel théorique:
2.1.Loi d'Ohm en régime sinusoïdal:
Soit un circuit alimenté par une tension sinusoïdale:
u( t )  U Max sint   
(1)
Avec:  : La pulsation de la tension reliée à la période T par:  
2
et la fréquence f par:
T
f  2f .
 UMax: L'amplitude maximale.
  : La phase par apport à l'origine.
Le courant i qui circule dans le circuit a pour expression:
it   I max sint  (2)
Le déphasage du courant par apport à la tension est  . On dit que la tension est en
avance de phase sur le courant si  >0 et en retard de phase si  <0.
2.1.1. Notations complexes:
A un signal st   S 2 sint    , on peut faire correspondre un nombre complexe S
qui peut s'écrire aussi:
S  S. exp j   Scos   j sin  ; avec : ImS  S sin  et Ré S  S cos  , dont la module
est la valeur efficace S et l'argument  .
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Page: 40
TP 5 : Etude des circuits RLC série et résonance
La pulsation ne figure pas dans les représentations complexes que nous utiliserons,
mais il est sous entendu que toute les fonctions sinusoïdales quelles représentent ont la même
pulsation.
D’où les expressions (1) et (2) ont pour expressions complexes:
(1) U 
U Max
exp j 
2
(2) I 
I Max
I
exp j0   Max
2
2
2.1.2. Impédance complexe:
On appelle impédance complexe Z le rapport entre la tension complexe U et le
U U
 exp j 
I
I
courant complexe I , soit alors: Z 
L'impédance réelle est donnée par: Z  Z 
U
I
2.1.3. Loi d'Ohm:
Soit un dipôle d'impédance Z
Z
i
u
La loi d'Ohm en régime alternatif sinusoïdal s'écrit : u  zi
2.2.Circuit RLC série:
Soit le montage suivant:
i
R
uR
L
uL
C
uC
u
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Page: 41
TP 5 : Etude des circuits RLC série et résonance
Les tensions complexes aux bornes de R, L et C s'écrivent respectivement:
U R  RI
U L  jL I
UC 
1
I
jC
1 


d’où: U   R  j L 
 I
C  


Or: U  U R  U L  U C
1 

Soit: Z RLC  R  j L 

C 

Les impédances partielles du dipôle RLC sont données par:
ZR  R
;
Z L  jL
;
ZC 
j
C
De même l'impédance réelle du dipôle RLC est donnée par:
Z RLC
1 
1 


2
R  j L 
  R   L 

C 
C 


2
2.3.déphasage:
Comme Z  Z exp j   Z cos   j sin  Ré( Z )  j Im( Z )
D’où: tg 
ImZ 
soit pour le circuit RLC : tg 
Ré Z 
L 
R
1
C
2.3.1 Méthode directe:
Dans la figure ci-dessous on représente sur une demi période la tension u et le courant
i avec:
u( t )  U Max sint    et it   I max sint 
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TP 5 : Etude des circuits RLC série et résonance
Soit t1 le premier instant positif qui annule i et t2 celui qui annule u. On voit que: t 1 
et t 2     
1


 T

 2
T 

2 
Posons   t1  t 2 on trouve  

soit alors   

Si t2>t1, alors le déphasage est négatif et u est en retard de phase sur i
2.3.2 Méthode de lissajous:
Si on élimine le temps entre u et i, on aura la représentation graphique de u en fonction
de i sous la forme d'une ellipse.
En posant Y 
u
U Max
et X 
i
I Max
, l'équation de l'ellipse devient:
Y 2  X 2  2XY cos   sin 2 

Si  =0, l'ellipse est aplatie et se confond avec la première bissectrice (elle se
confond avec la deuxième pour    ). Ceci veut dire que u et i sont en phase
ce qui revient dans le circuit RLC d'avoir: L 

1
C
Si   0 et  , l'ellipse est inscrit dans le rectangle de côtés 2X M  2a
et 2YM  2b
Pour X=0, Y0  YM sin   c
Pour Y=0, X0  X M sin   d
D’où: sin  
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c d

b a
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TP 5 : Etude des circuits RLC série et résonance
Y
YM=b
=0
Y0
X0
XM=a
X
2.4.Résonance
L'impédance réelle Z du circuit RLC est fonction de la pulsation d'alimentation  et
comme l'amplitude U Max délivrée par le générateur est constante, I Max varie avec  selon la
relation:
I Max 
U Max

Z RLC
U Max
1 

R   L 

C 

2
2
IMax passe par un maximum pour L 
1
soit 0 
C
1
. On dit qu'on est à la
LC
résonance.
Si on pose x 

R
et Q 
0
L 0
où
Q: facteur de qualité du circuit RLC
IMax s'écrit en fonction de I0, Q et x:
I Max 
I0
1

1  Q2  x  
x

On définit la bande passante BP du circuit RLC série par BP  2 b  0 où  b désigne à
la pulsation correspondant à
simplement: Q 
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I0
2
. Pour cette valeur de I, le facteur de qualité s'écrit
0
BP
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TP 5 : Etude des circuits RLC série et résonance
3. Etude pratique
Réaliser le montage suivant:
R
GND
L
GBF
C
Y2
Y1
Oscilloscope
On donne: R = 1k; L = 10mH; C = 0.5F
3.1.Oscilloscope en mode balayage:

Fixer la tension U délivrée par le générateur sur Y1 à 2V efficace.

Fixer la fréquence du générateur à une valeur f donnée, mesurer UR sur Y2, la
valeur de la période T et le déphasage de U par apport à UR.
f =......................
T =.....................
UR = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
 =......................

Tracer les courbes: UR = f(f) et  = f(f)
F (Hz)
UR (V)
 rd
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TP 5 : Etude des circuits RLC série et résonance

Déterminer à partir de ces courbes la valeur de la fréquence de résonance et la
compare à la valeur théorique.
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................

Déterminer graphiquement la bande passante et en déduire le facteur de
qualité.
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
3.2.Oscilloscope en mode X-Y

Visualiser l'ellipse.

Faire varier la fréquence jusqu'à ce que l'ellipse soit aplatie et confondue avec
la première bissectrice: on est à la résonance.
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TP 5 : Etude des circuits RLC série et résonance

Revenir alors en mode balayage, mesurer la période et en déduire la fréquence
de résonance.
.....................................................................
.....................................................................

Comparer la valeur obtenue avec celle obtenue précédemment puis avec la
valeur théorique. Laquelle des deux méthodes est la plus précise?
.....................................................................
.....................................................................
....................................................................
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Les amplificateurs opérationnels
Objectifs



Etudier les amplificateurs opérationnels (A.O.P).
Régime de fonctionnement des AOP.
Application des A.O.P.
Pré-requis


Notion mathématique : Intégral, dérivé.
Loi, de Khirchoff, loi de superposition, loi de Thévenin et loi de Norton.
Elément de contenu



Montage amplificateur inverseur.
Caractéristique de transfert d’un A.O.P
Montage amplificateur sommateur inverseur.
Moyens Pédagogiques







Appareils de mesure des grandeurs électriques.
Plaque a essaie.
Alimentation stabilisée.
Générateur de basse fréquence GBF
Oscilloscope.
Rappel théorique
Tableau
Durée

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1 séance de 3 heures.
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TP 6 : Les amplificateurs opérationnels
1. But
Etudier les montages fondamentaux linéaires à amplificateurs opérationnels (supposés
parfaits).
2. Schéma de principe
Un A.OP dispose de deux bornes d’entrées repérées e+
(non inverseuse) et e (inverseuse), une borne de sortie S,
+VCC
Vcc, et deux bornes pour le réglage de la tension de
_
e_
deux autres sont réservées pour la polarisation +Vcc et –
S
Vd
e+
décalage (l’offset).
La représentation schématique d’un A.OP est donnée par la
+
VS
-VCC
figure ci-contre.
3. Polarisation
Un A.OP nécessite deux alimentations continues l’une délivre une tension positive
+Vcc l’autre délivre une tension négative -Vcc. (Ces deux alimentations ne sont pas toujours
représentées sur le schéma de l’A.OP).
4. Régimes de fonctionnement
4.1. Limitations
Comme pour tout circuit intégré la polarisation des éléments internes n’est due qu’à la
source de tension continue ; la tension de sortie est limitée par la tension de polarisation.
D’où :
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 VCC  Vs  VCC
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
Vs  Vsat
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TP 6 : Les amplificateurs opérationnels
4.2. Amplification
L’amplification différentielle Ad est très grande en boucle ouverte. Elle est de l’ordre
de 104 à 105.
4.3. Régime linéaire
Le régime de fonctionnement est linéaire quand la tension de sortie est proportionnelle
à la tension d’entrée. Ce fonctionnement est obtenu pour : Vd  Vsat A d et Vs=Ad.Vd.
4.4. Régime de saturation
Dans ce régime de fonctionnement la sortie commute entre –Vsat et +Vsat :
si Vd   Vsat A d

Vs = +Vsat

Vs = –Vsat si Vd   Vsat A d
Caractéristique de transfert
Vdmax
+Vsat
0
Vdmax
Vd
-Vsat
Saturation
Linéaire
Saturation
La tension Vdmax qui entraîne la saturation est d’autant plus petite que Ad est plus
grande.
Application des AOP :
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Page: 50
TP 6 : Les amplificateurs opérationnels
5. Amplifications linéaires
5.1. Amplificateur inverseur
 Amplification :
Vs  
R2
R2
.Ve
R1

Av  
R2
.
R1
Ve
 Résistance d’entrée : Re 
 R1 .
i1
ie
R1
_
is
_
i
i+
Ve
S
+
VS
 Résistance de sortie : Rs  0 .
 Condition de non saturation :
Ve max 
R1
Vsat .
R2
5.2. Amplificateur non inverseur
 Amplification :
Av 
R2
R1
_
i_
i+
ie
 Résistance d’entrée : Re   .
is
+
Ve
R
Vs
 1 2
Ve
R1
S
 Résistance de sortie : Rs  0 .
VS
 Condition de non saturation :
Ve max 
Vsat
.
Av
5.3. Adaptation d’impédance : Montage suiveur
_
_
i
i+
+
Ve
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 Amplification : Vs  Ve  Av  1
is
S
 Résistance d’entrée : Re   .
VS
 Résistance de sortie : Rs  0 .
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Page: 51
TP 6 : Les amplificateurs opérationnels
is  (i1  i 2 )
R3
R
Si R1=R2  Vs   3 .V1  V2 
R1
i1
R1
i2
R2
_
i_
i+
V1
Si R1 = R2 = R3
Sommateur inverseur 
Vs  .V1  V2  .
is
S
+
VS
V2
5.4. Soustracteur (ou amplificateur différentiel)
R2
R1
i1
_
i_
i+
R3
i2
is
S
+
V1
VS
R4
V2
R

1 1
R
R2
Vs  2 

R3
R1
1
 R4
R1 R 3
iS

R2 R4


.V  R 2 V
 2 R1 1


alors Vs 
R2
.V2  V1 
R1
5.5. Montage dérivateur
R
ie
i C  C.
C
_
i_
i+
Ve
is
S
+
dVc
dt
Vs  RC.
dVc
dt
Vs  RC.
dVe
dt
VS
5.6. Montage intégrateur
C
is  C.
ie
R
_
i_
i+
Ve
is
S
+
dVc
dVs
 C.
dt
dt
Ve  R.ie  R.is  RC.
VS
Vs  
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dVs
dt
1
Ve.dt  K
RC 
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TP 6 : Les amplificateurs opérationnels
6. Manipulation
Sur les 8 broches de l'A.O., seulement 5 sont
utilisées :
-Vcc
7
6
4
 broche 6 notée S : borne de sortie de l’A.O. ;
+
LM741
5
Entrée +
l’alimentation (en général - 15 V)
-
3
Entrée -
2
 broche 4 notée VP- : reliée à la borne - de
Décalage
1
 broche 3 notée E + : entrée non inverseuse ;
8
 broche 2 notée E - : entrée inverseuse ;
NC
+Vcc
Sortie
Décalage
 broche 7 notée VP+ : reliée à la borne + de
l’alimentation (en général +15 V)
6.1. Montage amplificateur non-inverseur
1. Réaliser un montage amplificateur non-inverseur, sachant que R2 = 10 k et R1 = 1 k.
2. Calculer le de gain en tension Gv.
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
3. Relever la caractéristique s = f(e) (oscilloscope en mode XY), où e est la tension d’entrée
fournie par le GBF (signal triangulaire symétrique d'amplitude E = 2V, soit 4V crête à crête,
et de fréquence 500Hz), et s est la tension de sortie du montage.
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Page: 53
TP 6 : Les amplificateurs opérationnels
4. En déduire les valeurs elimite de e permettant de rester dans le domaine linéaire de
l'amplificateur.
5. Dans la partie linéaire, mesurer le gain en tension Gv.
…………………………………………………………………………………………………...
6. Relever, sur le même graphe, la tension d’entrée e(t) la tension de sortie s(t), en fonction du
temps sur une période, avec pour e(t) les amplitudes successives suivantes :
 E INFERIEUR à elimite. Vérifier le gain en tension Gv de ce montage amplificateur
 E égale à 1,2 elimite.
7. Comparer le résultat avec la valeur calculée à partir des résistances mesurées (erreur
relative en %)
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
6.2. Montage amplificateur sommateur inverseur
1. Réaliser le montage avec R1 = 22 k, R2 = 47 k et R3 = 100 k.
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2. Appliquer à v1 un signal sinusoïdale d’amplitude 2 V crête à crête et de fréquence 500 Hz
et à v2 un signal continu d’amplitude 3 V . Visualiser le signal de sortie puis relevez sur un
même graphe, les signaux d’entrée et de sortie. Commentez et comparez à la valeur calculée.
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
3. Appliquez aux 2 entrées des signaux sinusoïdaux avec les amplitudes 2 V et 4 V crête à
crête et qui ont la même fréquence de 500 Hz. Relevez sur un même graphe, les signaux
d’entrée et de sortie. Commentez et comparez à la valeur calculée
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
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TP 6 : Les amplificateurs opérationnels
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Références
Références
[1] Wildi, T. “Electrical Machines, Drives, and Power Systems”. Pearson Prentis Hall, sixth
edition. ISBN 0-13-196918-8. (2006)
[2] MAES.W, “Électricité générale”, Ecole supérieure de navigation d’Anvers : Mécanique
Navale, 5 décembre 2010.
[3] NAFFETI.T, “Électricité générale : analyse et synthèse des circuits”, Editeur DUNOD,
2ème édition.
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