TP n°2 d`électronique (cours) : le dipôle RC en différents régimes

TP n°2 d'électronique (cours) : le dipôle RC en différents régimes
I - Etude du régime transitoire
1 - Réaliser le montage:
R ≈ 4700 Ω
C ≈ 0,01 µF;
ve ≈ 0 ou 1 V
2 - Alimentation par un créneau tel que T > 10τ ou f<(10τ )-1 avec τ=RC
¾ Régler le signal délivré par le G.B.F en tension , en fréquence et en off-set pour que ve= 0 ou 1V .
¾ Observer les deux régimes de la tension aux bornes du dipôle C.
¾ Visualiser la tension aux bornes de C: interpréter les observations et vérifier que les régimes permanents sont
atteints.
¾ Reproduire soigneusement les deux oscillogrammes .
¾ Retrouver théoriquement les lois d'évolution de vC(t).
¾ Détermination de la constante de temps du dipôle RC.
• méthode de la tangente à l'origine: la rappeler;
• méthode du temps de demi-charge: Montrer que le temps t1/2 au bout duquel vC = v∞/2 est τ× ln(2). En déduire la
constante de temps et comparer à la valeur attendue.
¾ Lorsque la fréquence augmente que se passe-t-il ?
3– Etude de la tension aux bornes de R
¾ Modifier le schéma précédent de façon à observer la tension aux bornes de R et du GBF. Un problème va se poser
pour pouvoir observer les deux tensions ve et vR à l’oscilloscope. Que faut-il faire?
¾ Alimenter par un créneau (à l'aide de l'off-set on réglera E=0 ou 1) tel que T >10τ. Reproduire qualitativement les
oscillogrammes. vR est-elle continue ?
¾ Retrouver théoriquement, en utilisant les résultats du I2), la loi d'évolution de vR(t).
4 – Etablissement du régime sinusoïdal forcé
Dans le cas d’un régime permanent sinusoïdal (si les générateurs du circuit le sont aussi), on cherche à visualiser
l’établissement des oscillations c-à-d le régime transitoire. La difficulté essentielle de cette recherche provient du fait
que cet établissement est trop rapide pour que nous puissions le constater à l’écran . (Le régime transitoire est trop
fugace )
On revient au premier montage avec ve sinusoïdale.
On imposera les valeurs suivantes : R = 47000 Ω ; C = 220 nF ; Ve (amplitude de ve)= 5 ; VOff-set nul avec précision ;
tension sinusoïdale de fréquence f=200 Hz.
¾ Donner l’expression théorique de vc
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¾ Visualiser sur l'écran de l'oscillo les deux tensions ve et vc .Placer un interupteur dans le circuit , l’ouvrir et le fermer.
On peut chercher à mettre en évidence les évolutions de vC ou vR à partir de l'instant t = 0 correspondant à la mise en
circuit du GBF. Les oscilloscopes que nous utilisons possèdent une fonction mémoire qui nous permet de mémoriser un
passage du spot sur l’écran.
Nous allons essayer d’utiliser cette fonction (délicat) pour enregistrer l’établissement des oscillations : premier passage
du spot.
Pour cela , il ne faut sélectionner que la voie de l'oscillo qui visualise la tension vC à enregistrer .
Sur
Métrix:
¾ Sélectionner MEM (la diode s'allume, on est en mode mémoire)
¾ Puis en appuyant sur MODE: sélectionner REFRESH puis appuyer sur RUN (l'oscillo enregistre tous
les passages du spot sur l'écran)
¾ En bas de l’écran apparaît l’indication suivante :
Position du déclenchement (début de l’enregistrement) (réglable
avec pretrig )
Partie du signal mémorisée par l’oscillo(réglage avec T/div)
Partie de l’enregistrement visible à l’écran (on peut la déplacer
avec les curseurs ⇐ ⇒sous l’écran)
Dans un premier temps, on choisira les réglages suivant :T/div=10 et calibre en tension 200 mV
et
¾
¾
¾
¾
L'interrupteur étant ouvert, s'assurer que le signal est nul.
Puis dans MODE: sélectionner SINGLE (enregistre un seul passage) : SGL puis RUN
Brancher l'interrupteur et visualiser l'enregistrement. Visualiser toute la mémoire.
Recommencer jusqu’à avoir un résultat exploitable en modifiant soit la base de temps, soit le début du
déclenchement, soit le niveau de déclenchement. (Entre chaque essai on prendra soin de se mettre en
mode REFRESH et d'attendre que le signal s'annule)
¾ Réglages: le niveau de déclenchement (tension à partir de laquelle l'oscillo enregistre) et le front
montant ou descendant, peuvent être réglés par "level".
Sur HP:
¾ Sur l'écran en haut à droite, l’indication RUN indique que l'on observe la voie 2 en temps réel.
¾ Si on appuie sur AUTOSTORE , l'indication RUN est remplacée par STORE qui indique que l'oscillo
enregistre tous les passages du spot. (ERASE permet de "nettoyer" l'écran)
¾ Dans un premier temps, on choisira les réglages suivant : T/div= 10 (permet de choisir la taille de la
zone enregistrée) et calibre en tension 200 mV
¾ L'interrupteur étant ouvert, s'assurer que le signal est nul.
¾ Dans TRIGGER: sélectionner MODE puis sélectionner SINGLE (enregistre un passage du spot sur
l'écran ).
¾ Appuyer sur AUTOSTORE , l'indication en haut à droite de l'écran STORE indique que l'oscillo est
prêt à enregistrer un passage.
¾ Brancher l'interrupteur et visualiser l'enregistrement.
¾ Ceci étant fait , l'indication STOP indique que l'oscillo n'enregistre plus rien.
¾ Recommencer jusqu’à avoir un résultat exploitable en modifiant soit la base de temps, soit le niveau
de déclenchement. (Entre chaque essai on prendra soin d'effacer l'écran ERASE puis de se mettre en
mode RUN et d'attendre que le signal s'annule)
¾ On peut régler le niveau de déclenchement (tension à partir de laquelle l'oscillo enregistre ) par "level",
choisir un déclenchement sur front montant ou descendant et la position du déclenchement dans les
données sauvegardées dans la mémoire de l'oscillo, par "main-delay" puis sélection de "lft" ou "ctr".
II - Régime forcé dans un dipôle RC.
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1) Régime sinusoïdal forcé
Dans cette partie on ne s'intéresse qu'au régime sinusoïdal forcé et on suppose que le régime permanent est établi:
vc(t)=Vc cos (ωt +ϕ). Nous allons étudier ce circuit en régime forcé pour différentes fréquences (f=ω/2π) du générateur
d'entrée.
¾ Remplacer le condensateur par celui de 0,01 µF.
¾ Faire varier la fréquence et mesurer pour chaque fréquence l'amplitude de la tension aux bornes de C , Vc(f) et le
son déphasage par rapport à la tension d'entrée ϕ(f).
¾ Remplir un tableau de la forme :
Fréquences:
Vc(f)
ϕ(f)
10
100
200
400
700
1000
1500
2000
3000
5000
10000
¾ Représenter les courbes Vc(f) .
2- Régime forcé à haute fréquence aux bornes de C: comportement intégrateur du dipôle RC
a) Etude expérimentale.
¾ Prendre une fréquence de plus en plus grande ⇒f entre 40 et 100 khz
¾ Qu'observe-t-on? Vers quelle valeur tend le déphasage ?
¾ Quelle opération mathématique réalise-t-on? Approximativement, à partir de quelle fréquence fmax ? Comparer,
alors, τ = RC à la période T du GBF.
b) Justification théorique.
c) Intégration de divers signaux
¾ Alimenter par un signal triangle de fréquence inférieure à fmax et dénué de composante continue . Augmenter la
fréquence? Que se passe-t-il? A partir de quelle fréquence?
Reproduire l'oscillogramme. De quel type d'arcs est constitué vC (t)?
¾ Alimenter maintenant par un créneau. Obtenir expérimentalement l’intégration de ce signal.
Reproduire l’oscillogramme.
3- Régime forcé à basse fréquence aux bornes de R : comportement dérivateur du dipôle RC
¾ Modifier le schéma précédent de façon à observer la tension aux bornes de R et du GBF.
¾ Diminuer progressivement la fréquence du GBF. Qu'observe-t-on? Vers quelle valeur tend la phase ?
¾ Quelle opération mathématique réalise-t-on ? A partir de quelle fréquence fmin (approximativement)? Comparer
alors τ = RC à la période T du GBF.
¾ Justification théorique?
¾ Alimenter maintenant par un triangle, de fréquence telle que f >fmin. Observer.
Diminuer progressivement la fréquence. Que se passe-t-il à partir d'une certaine fréquence? Interpréter. Reproduire
l'oscillogramme.
¾ Alimenter par un signal créneau. Obtenir expérimentalement la dérivation du créneau.
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