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Expériences avec un oscilloscope numérique Certaines figures et textes sont tirés de lexcellent DICTIONNAIRE de PHYSIQUE EXPERIMENTALE, tome4, Lélectricité,

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1 Expériences avec un oscilloscope numérique Certaines figures et textes sont tirés de lexcellent DICTIONNAIRE de PHYSIQUE EXPERIMENTALE, tome4, Lélectricité, Jean-Marie Donnini, Lucien Quaranta, Daniel Aubert, Roger Payan, Pierrette Renucci, Editions Pierron Pratiques Expériences

2 Pratiques Principe Liaison électrique et connectique Masse et terre des appareils Oscillogramme instable ??? (3 solutions) Plus loin avec le trigger (système de déclenchement) La base de temps Modes dentrée (3 possibilités) Mesures automatiques Réduire le bruit dans un signal

3 Principe

4 Le câble coaxial est composé d'un câble à deux conducteurs. L'âme centrale en cuivre est entourée d'un matériau diélectrique (isolant). Le diélectrique est entouré d'une gaine conductrice tressée (ou feuille d'aluminium enroulée), appelée blindage, puis d'une enveloppe de matière plastique. L'avantage d'un câble coaxial est qu'il y a création d'un écran (cage de Faraday) qui protège le signal des perturbations électromagnétiques et qui évite que les conducteurs ne produisent eux-mêmes des perturbations. Liaison électrique

5 femelle âme isolant blindage Connectique connecteur BNC (Bayonet Neill-Concelman) câbles BNC/banane convertisseur BNC/banane Connecteur en T Connecteur mâle/mâle mâle

6 La plupart des appareils électriques possèdent une « masse » désignant lensemble des conducteurs de potentiel nul, toutes ces parties métalliques sont reliées entre elles, et sont elles-mêmes reliées à la terre par lintermédiaire de la prise de terre. On dit que la masse de lappareil est à la terre. Attention : Sur de nombreux appareils reliés au secteur, une des bornes (la borne noire, ou celle qui porte le symbole de la masse (triangle pointe en bas)) est reliée à la masse, donc à la terre. Cela implique que les bornes noires ou masses de ces appareils sont reliées entre elles par lintermédiaire de la terre. Cela signifie que relier la borne rouge dun appareil à la borne noire dun autre appareil, les deux étant reliés au secteur, équivaut à mettre le premier en court- circuit ! 2 générateurs en série: le premier est en court-circuit. terre Masse et terre des appareils R

7 Façade avant dun oscilloscope numérique

8 Oscillogramme instable ??? (3 solutions) 1/ Loscilloscope déclenche (trigger) un balayage horizontal lorsque lentrée rencontre une certaine condition par exemple lorsque le niveau (level) de lentrée est supérieure à une certaine valeur. Régler ce niveau dans la partie trigger. 2/ Vérifier que le canal dentrée correspond à celui de la source de déclenchement menu, source 3/ Appuyer sur le bouton AUTO : loscilloscope cherche les « meilleurs » réglages

9 Plus loin avec le trigger (système de déclenchement) Mode Edge = déclenchement sur front Le balayage est déclenché lorsque le niveau dentrée du CH1 atteint le niveau défini avec le bouton level dans un front ascendant (slope > 0). Mode Alternative = déclenchement alterné Utile pour visualiser 2 signaux non synchronisés, par exemple issus de 2 générateurs différents. On peut alors régler le déclenchement pour chacun des canaux CH1 et CH2 de façon indépendante. Sweep = balayage Auto = loscilloscope déclenche des balayages même si lentrée ne rencontre pas de conditions trigger. Cela peut donner des traces instables… Normal = loscilloscope ne déclenche de balayages que si les conditions trigger sont rencontrées Single = Après avoir appuyé sur le bouton RUN/STOP loscilloscope attend une condition trigger et effectue un seul balayage.

10 La base de temps Y-T = CH1 ou CH2 vertical et le temps horizontal X-Y = CH1 horizontal et CH2 vertical Menu du bouton horizontal Roll = le signal « déroule »

11 Modes dentrée (3 possibilités) { signal sinusoïdal + signal continu } appliqué au CH1: Appuyer sur le bouton CH1 pour afficher son menu 2/ le mode (coupling) est sur DC= Direct Current. Ce mode affiche le signal sans modification. 3/ le mode (coupling) est sur AC= Alternative Current. Ce mode affiche le signal affecté dun filtrage passe- haut la composante continue est éliminée. 1/ le mode (coupling) est sur masse (GND=ground) lentrée est court- circuitée. Ce mode permet de positionner le zéro volt sur lécran avec le boution position.

12 Mesures automatiques Mesure dune fréquence Mesure du déphasage (delay) entre 2 signaux

13 Réduire le bruit dans un signal Appuyer sur le bouton Acquire (acquisition) pour afficher son menu Choisir le mode Average (moyennage) et le nombre de balayages utilisés pour cette moyenne (ici 64)

14 Bande passante dun voltmètre numérique Régler un générateur sur une amplitude de 1 volt, sinusoïdal et connecter le à loscilloscope. Brancher en parallèle un voltmètre numérique en mode AC. Le voltmètre affiche alors la tension efficace dite aussi RMS = Root Mean Square, racine carrée de la moyenne du carré ). Comparer la valeur mesurée par loscilloscope à celle donnée par le voltmètre sur une large gamme de fréquences (par exemple f = 10 n Hz avec n=1, 2, 3, 4, 5). On pourra par exemple représenter dans un même graphique les 2 ensembles de mesures (oscilloscope/voltmètre) en fonction de log 10 (f). Expériences

15 Filtrage passe haut en mode AC Régler un générateur sur une amplitude de 1 volt, sinusoïdal et connecter le à loscilloscope réglé en mode AC. Etudier les variations de la tension crête à crête V cc (peak to peak) sur une large gamme de fréquences (par exemple f = 10 n Hz avec n=1, 2, 3). On pourra par exemple représenter log 10 (V cc ) en fonction de log 10 (f). Expériences

16 Résistance dentrée de loscilloscope Limpédance dentrée dun oscilloscope est équivalente à celle dune résistance R e (de lordre du M) en parallèle avec une capacitance (dizaine de pF). En basse fréquence, limpédance dentrée se ramène à la résistance pure R e. Utiliser une fréquence basse, inférieure au kHz pour laquelle la capacité dentrée présente une admittance négligeable. On mesure lamplitude du signal observé sur loscilloscope lorsque R=0. On fait varier R de façon que lamplitude soit divisée par 2. La valeur de R est alors égale à la résistance dentrée de loscilloscope. Expériences

17 Possibilités de synchronisation A/ Connecter un générateur à chacun des 2 canaux. Régler BF1 et BF2 à approximativement 1 kHz. Régler loscilloscope de façon à visualiser les 2 traces stables. B/ Régler maintenant loscilloscope et les générateurs de façon à visualiser les courbes de Lissajous (Y1 en horizontal, Y2 en vertical). Expériences

18 Mesure dune constante de temps La source étant un générateur de signaux carrés de tension +2V et 0V, on observe la tension délivrée par la source et la ddp V C aux bornes du condensateur. La constante de temps = RC, caractérise la vitesse à laquelle le condensateur se charge et se décharge. Etant de lordre de 0.1 ms, on utilise comme source un créneau dont la période est de lordre de quelques ms de façon à bien visualiser les asymptotes (condensateur complètement chargé ou complètement déchargé). Létude théorique de ce phénomène transitoire montre que V C atteint la moitié de sa valeur maximale après un temps t = A laide du manuel de lutilisateur, utiliser les fonctionnalités du menu Cursor afin déterminer RC. Expériences

19 Observation dun régime transitoire unique Suivant la position de linterrupteur K, on peut charger ou décharger le condensateur. Régler loscilloscope afin dacquérir les variations de la tension lors de ce phénomène. Ce dernier étant unique, il faudra peut-être faire plusieurs essais avant de trouver la vitesse de balayage, le gain en Y et les conditions trigger qui donnent une courbe exploitable. Expériences


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