Laboratoire 6 : Oscilloscope II : Mise à la terre et mesure d`une
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1. Oscilloscope IT Mise la terre et mesure d une constante de temps quipiers Nom Nom Appr ciation Pr paration b f Sections a cet d Section e Sections g h eti Sections j et k P nalit s Matricule Matricule 2 15 3 15 2 Attitude au laboratoire respect des r gles de s curit Qualit de la pr sentation pr paration et rapport final Ponctualit Total 10 Commentaires Pr sence au laboratoire Remise de la pr paration Remise du rapport final Signature du d panneur2. de signaux et une voie de oscilloscope pour mesurer l amplitude et la composante continue du signal g n r R glez le g n rateur afin de produire un signal carr d amplitude cr te cr te de 6 V avec une composante continue de 3 V une fr quence de 50 Hz Dans ce cas il produit une onde carr e dont le niveau minimal est 0 V et le niveau maximal est 6 V Ces valeurs sont celles qui doivent tre mesur es sur l oscilloscope et non pas celles qui sont GEL 1002 Travaux pratiques Laboratoire 6 6 affich es par le g n rateur Sauvegardez une image d cran l aide de la touche PRINT pour illustrer votre rapport Utiliser le protocole d crit l tape e ii Mesurez les valeurs cr tes de la tension aux bornes du condensateur vc t et de la tension aux bornes de la r sistance vr f en utilisant les curseurs ou les fonctions de mesure Calculez la valeur cr te du courant ic t Sauvegardez une image d cran l aide de la touche PRINT pour illustrer votre rapport Pr ciser clairement les chelles notamment pour la forme du courant ic t Comparez les formes d ondes calcul es l tape f et celles que vous avez observ es l oscilloscope l tape h Mesure de la constante de temps L excitation en onde carr e est quivalente un essai en chelon lorsque la p riode est beaucoup plus grande que la constante de temps du circuit Mesurez la constante de temps du circuit RC tudi rt R
3. le g n rateur a une masse flottante L allure du courant ic t correspond celle de la tension vr t _ IR ic ce qui est compatible avec la convention choisie Que se passerait il si la masse du g n rateur tait mise la terre Est ce que cette m thode de mesure est encore valable Une deuxi me solution pour observer les signaux vc t et ic t consiste relier les masses de l oscilloscope la masse du g n rateur comme illustr e la figure VI e La voie 1 de l oscilloscope mesure la tension d livr e par la source vg t La voie 2 mesure la tension ve t aux bornes du condensateur ic t CH1 CH2 Ve t mise la terre masse CH1 masse CH2 Figure VI e Montage d un circuit RC pour une mesure des signaux vc t et vr t avec l oscilloscope si le g n rateur a une masse non flottante P gt GEL 1002 Travaux pratiques Laboratoire 6 5 f Pour observer l allure du courant ic t il faut utiliser les fonctions math matiques de l oscilloscope On peut ensuite recomposer le signal vr t partir de vg t et de vc t en utilisant les fonctions math matiques MATH MENU de l oscilloscope RAORAO LS z iii Ex cuter les deux protocoles d crits aux tapes i et ii m me si la masse du g n rateur n est pas flottante pour en tirer les conclusions qui s imposent Mesurez les valeurs cr tes de la tension aux bornes du condensateur vt t et de la tensi
4. C Vous pouvez l estimer partir du temps requis pour atteindre 63 2 de la valeur finale ou encore en utilisant la pente l origine La mesure peut tre r alis e soit sur le front montant soit sur le front descendant du signal soit les deux la fois Afin d avoir une mesure pr cise de 7 vous pouvez modifier la fr quence du g n rateur l chelle de la base de temps utiliser les options d amplification de la base de temps ou encore d placer verticalement la trace Utilisez les curseurs et faites une sauvegarde d une image d cran l aide de la touche PRINT pour illustrer votre rapport A partir de t d duisez la valeur de la capacit C apr s avoir mesur R Comparez cette valeur de C avec sa valeur nominale en tenant compte de sa tol rance Augmentez la fr quence du g n rateur pour obtenir une p riode approximativement gale au tiers de la constante de temps Tg t 3 Observez la forme du signal aux bornes du condensateur V rifiez que l volution du signal obtenu approche un signal triangulaire faites une sauvegarde d une image d cran l aide de la touche PRINT pour illustrer votre rapport Calculez la pente du signal triangulaire Comparez cette pente Vg t Devrait il y avoir une relation entre cette pente et Vg rt vous pouvez augmenter la fr quence pour compl ter votre analyse Commentez votre r sultat x k k GEL 1002 Travaux pratiques Laboratoire 6 Laboratoire 6
5. GEL 1002 Travaux pratiques Laboratoire 6 1 Laboratoire 6 Oscilloscope II Mise la terre et mesure d une constante de temps Objectifs Les objectifs de cette phase des travaux pratiques sont a de discriminer la mise la terre de la masse des instruments et des circuits dans les mesures b de tenir compte justement des mises la terre et des masses des instruments et des circuits dans les mesures c de prendre des mesures correctes en consid rant la masse commune des voies de l oscilloscope d d observer correctement la r ponse l chelon d un circuit e d estimer correctement la constante de temps d un circuit de premier ordre Pr paration Avant de vous pr senter au laboratoire chaque quipe doit a lire le document L oscilloscope Principe de fonctionnement et mode d emploi particuli rement SIV 2 b r viser les notes de cours sur l oscilloscope et les m thodes de mesure de d phasage et de constante de temps c r pondre aux questions identifi es par le symbole P indiqu dans la marge avant de vous pr senter au laboratoire Mat riel La r alisation de ce laboratoire requiert l utilisation de a oscilloscope c bles T b ae g n rateur de signaux multim tre c x plaquette de montage fils a condensateur de 0 1 uF 10 non polaris gt 10 V e r sistance de 8 2 KQ 1 4 W 5 Nota Il n est pas dema
6. d les de g n rateur de signaux de la salle de laboratoire ont une masse flottante par rapport la terre Pr cisez dans votre rapport la marque et le mod le de g n rateur que vous utilisez D branchez le g n rateur de signaux du r seau de distribution lectrique Mesurez l aide de l ohmm tre la r sistance entre la masse de la sortie du g n rateur et la borne de mise la terre plac e sur sa fiche d alimentation lectrique Qu en concluez vous Pr cautions pour la mesure simultan e de plusieurs signaux l oscilloscope R alisez le montage de la figure VI c en utilisant un condensateur non polaris pouvant supporter une tension sup rieure 10 V Branchez le g n rateur de signaux et une voie de l oscilloscope pour mesurer l amplitude et la composante continue du signal g n r R glez le g n rateur afin de produire un signal sinuso dal d amplitude cr te cr te de 6 V sans composante continue une fr quence de 50 Hz Ces valeurs sont celles qui doivent tre mesur es sur l oscilloscope et non pas celles qui sont affich es par le g n rateur Sauvegardez une image d cran l aide de la touche PRINT pour illustrer votre rapport ic t 8 2 KQ VRI v t 0 1 pF Velt Figure VI c Montage d un circuit RC On souhaite visualiser l oscilloscope la tension vc t aux bornes du condensateur et le courant qui le traverse en appliquant une convention de type r cepteur Po
7. nd de calculer les incertitudes dans ce laboratoire GEL 1002 Travaux pratiques Laboratoire 6 2 Protocole a D branchez l oscilloscope du r seau de distribution lectrique et mettez sous tension le multim tre pour l utiliser en mode ohmm tre Mesurez l aide de cet ohmm tre la r sistance entre la masse du canal 1 de l oscilloscope et la borne de mise la terre plac e sur sa fiche d alimentation lectrique Faites ensuite la m me op ration pour mesurer la r sistance entre la masse du canal 2 de l oscilloscope et la borne de mise la terre Choisissez l ohmm tre le calibre qui vous procure la meilleure mesure et tenez compte si n cessaire de la r sistance des c bles Qu en concluez vous V rifiez l aide de l ohmm tre que toutes les parties m talliques de l oscilloscope accessibles l utilisateur sont bien mises la terre Mesurez l aide de l ohmm tre la r sistance entre les masses de chaque voie de l oscilloscope La figure VI a pr sente un sch ma lectrique quivalent simple des bornes d entr e de l oscilloscope en faisant appara tre les liaisons de masses et de la mise la terre Compl tez ce sch ma avec les valeurs des r sistances calcul es pr c demment Rr et Rm Canal 1 Canal 2 Rr Rr Figure VI a Sch ma quivalent des liaisons des masses de l oscilloscope et de sa mise la terre b Consid rez th oriquement le circuit illustr la fig
8. on aux bornes de la r sistance ve t en utilisant les curseurs ou les fonctions de mesure Calculez la valeur cr te du courant ic t Sauvegardez une image d cran l aide de la touche PRINT pour illustrer votre rapport Pr ciser clairement les chelles notamment pour la forme du courant ic f Mesurez le d phasage en degr s entre vc t et ic t Pr cisez le signal qui est en avance de phase par rapport l autre Que se passerait il si on avait fait l op ration inverse v f v f Quelle serait la valeur du d phasage entre les signaux l cran de l oscilloscope En d duire le d phasage en degr s entre vc t et ic t R ponse un chelon de tension Dans le cas du circuit RC de la figure VI c on consid re maintenant que la tension vg t appliqu e l entr e est un chelon de 6 V La tension initiale aux bornes du condensateur est nulle Sachant que la relation courant tension d un condensateur est doc ic t C ic En D montrez que l quation diff rentielle qui relie la tension aux bornes du condensateur vc t la tension ve t est dv c t dt RC 0C D 0 partir de cette quation d montrez que la tension aux bornes du condensateur est velt 6 1 e Quelle est alors l quation du courant ic t Tracez sur ordinateur les formes d ondes temporelles des signaux vc t et ic t Refaire le montage de la figure VI c et brancher le g n rateur
9. ur observer l allure du courant il suffit de relever la tension vr t aux bornes de la r sistance puisqu elle est directement proportionnelle au courant qui la traverse Ce dernier est le m me que ic t puisque les composants sont connect s en s rie Avant de poursuivre l exp rience Lire enti rement les deux protocoles exp rimentaux d crits dans les tapes i et et d terminer celui qui vous semble le plus ad quat pour faire les observations demand es avec vos quipements de laboratoire Vous ferez des mesures simplement l tape iii GEL 1002 Travaux pratiques Laboratoire 6 4 i Lorsque la masse du g n rateur est flottante par rapport la terre une premi re approche pour effectuer cette observation consiste connecter les deux voies de oscilloscope de la mani re montr e la figure VI d Cette m thode permet la visualisation simultan e des 2 signaux avec l oscilloscope En r glant correctement les calibres du gain de chaque voie et celui de la base de temps on observe sur la voie 1 l allure de la tension vg t et sur la voie 2 l allure de la tension vc t Pour respecter la convention r cepteur il est n cessaire d inverser le signal de la voie 2 fonction inverser dans le menu de CH2 afin de visualiser l allure de vc t ic t CHI masse CH1 Ve t masse CH2 CH2 Figure VI d Montage d un circuit RC pour une mesure des signaux vc t et vr t avec l oscilloscope si
10. ure VI b ce circuit n a pas tre mont A 159 R 400 V B 5009 R mise la terre Figure VI b Circuit r sistif avec mise la terre Calculez la valeur de la tension aux bornes de la r sistance R2 et la valeur du courant circulant dans le circuit de la figure VI b On souhaite rajouter un oscilloscope 1 seule voie pour mesurer directement la tension aux bornes de la r sistance R2 Consid rez les 2 branchements possibles de l oscilloscope en connectant la masse au point A et respectivement au point B Pour les 2 modes de GEL 1002 Travaux pratiques Laboratoire 6 3 branchement possibles refaites le sch ma du circuit de la figure VI b en faisant appara tre la r sistance Rr entre la masse de l oscilloscope et la terre 2 tablir ensuite l quation du courant circulant par la r sistance de mise la terre de l oscilloscope Rr pour chaque branchement En utilisant les quations d termin es l tape b et la valeur de la r sistance Rr d termin e l tape a calculez les courants circulant par la r sistance de mise la terre de l oscilloscope Rr dans le cas du circuit de la figure VI b Que concluez vous sur ces r sultats Y a t il des risques pour l utilisateur ou pour l appareil Justifiez votre r ponse Est il souhaitable d augmenter la r sistance de la mise la terre ou encore de rajouter un fusible sur la mise la terre Justifiez votre r ponse Certains mo
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