Tous les composants qui sont utilisés en
électronique sont d'une taille standardisée. En effet, lorsque l'on
désire réaliser concrètement le montage que l'on a dessiné, on crée un
circuit imprimé (plaque d'époxy sur laquelle sont dessinées, par des
pistes de cuivre, les liaisons entre les composants). Pour des raisons
d'harmonisation, une unité à été choisie, il s'agit du dixième de inch
anglais, ce qui correspond à 2,54 mm. De cette manière, les broches de
connexion des composants sont toutes éloignées d'un nombre entier de pas
de longueur 2,54 mm.
I Les Composants
1°) Les Résistances
Il existe différentes sortes de résistances. Le type
le plus couramment utilisé est celui présenté dans le document fournit
avec le texte du TP. Ces résistances sont réalisées selon des séries de
valeurs. Chaque série contient des valeurs différentes. (Voir Doc.). La
série la plus répandue est la série dite E24. Cela signifie que la
première valeur de cette série de résistance est W
, la deuxième valeur est W
, ainsi de suite.
Ces résitances ne peuvent dissiper qu'un quart de
Watt (0,25 W, sous 12V cela ne représente qu'une centaine de
milliampère!). D'autres résistances plus grosses peuvent dissiper un
demi Watt, il existe même des résistances de dissipation qui peuvent
consommer plusieurs milliers de Watts (radiateur électriques...), mais
nous ne les étudierons pas.
La valeur de la résistance est écrite sur le
composant, de manière codée. En effet, il y a quatre anneaux de couleur,
les trois premiers représentent la valeur, le dernier la précision. La
précision de la résistance est aussi appelée tolérance, la plus répandue
est la précision à 5% représentée par un anneau de couleur or (un
anneau argent représente 10%). Une résistance de 100W
avec une tolérance de 5% indique que
95 W
<R<105 W
Les trois autres anneaux représentent la valeur de
la résistance, le premier anneau est le chiffre des dizaines, le
deuxième est celui des unités, et le dernier est celui de la puissance
de 10, l'unité de base étant le W
. Chaque anneau peut prendre 10 couleurs différentes (voir document page suivante).
Exemple
Marron Orange Jaune
1 3 4 =13.104 W
= 13.10 000 W
=130 k W
2°) Les condensateurs
De part les procédés de fabrication, il existe différents types de condensateurs (voir documents pages suivantes).
L'élément important qui régie la durée de vie d'un
condensateur, c'est la tension maximale qu'il peut supporter, appelée
tension de claquage. Elle est écrite en toutes lettres sur certains
condensateurs.
Pour des valeurs faibles et de précision, on utilise
des condensateurs de type céramique. Leur tension de claquage est de
l'ordre d'une centaine de Volts. La valeur de la capacité est écrite sur
le composant en pico-Farad, de la manière suivante:
52E4 =>52.104 pF=520.103 pF = 520 nF
On trouve aussi l'écriture
5n3=5,3 nF
Pour des capacités plus importantes, on utilise des
condensateurs de type électrolytique aluminium, la tension de claquage
et la capacité sont affichées clairement sur le composant. Attention ces composants sont polarisés, ne pas les brancher à l'envers.
Pour des condensateurs marqués par le code des
couleurs, le fonctionnement est le même que pour les résistances,
l'unité de base étant le pico Farad.
3°) La plaquette d'expérimentation
Réaliser un circuit imprimé est long et coûteux, ce
n'est donc pas possible en travaux pratiques. Cependant, on peut tout de
même concevoir un montage et vérifier son fonctionnement. On utilise
alors une plaque d'expérimentation (couramment appelée plaque 'lab-deck') sur laquelle on réalise le circuit. Cette plaque est
composée de plots de connexion, séparés de 2,54 mm et reliés entre eux
de différentes manières. On peut ainsi insérer les composants et les
fils de liaison.
Exemple de réalisation
II Les instruments de mesure
Lorsque l'on effectue une mesure dans un circuit, on
perturbe son fonctionnement par les appareils qu�on introduit. On
cherche donc à avoir des appareils qui perturbent le moins possible,
mais aussi la disposition de ces appareils qui occasionne la
perturbation la plus faible.
1°) Le Voltmètre
C'est un instrument qui mesure une différence de
potentiel entre deux points. Il doit donc être branché en parallèle
entre ces deux points pour être soumis à la même tension.
Ce faisant, le voltmètre prélève une partie du
courant circulant dans l'élément mesuré, on comprend donc que ce courant
prélevé doit être le plus faible possible, donc la résistance interne
du voltmètre grande.
Un voltmètre est d'autant plus performant que sa résistance interne est grande.
2°) L'ampèremètre
Cet appareil mesure le courant traversant un
composant, il doit donc être monté en série avec celui-ci. Mais on
rajoute ainsi une résistance dans le circuit, elle doit donc être la
plus faible possible.
Un ampèremètre est d'autant plus performant que sa résistance est faible.
3°) Les mesures
Le principe de fonctionnement de ces appareils est
le suivant, le courant (ou la tension) crée une force de Laplace qui
dévie une aiguille. Ce type d'appareil a été utilisé historiquement en
premier, mais on utilise à l'heure actuelle des appareils dits
numériques, dont les performances sont largement plus grandes. De plus,
ils peuvent combiner plusieurs fonctions, voltmètre, ampèremètre,
ohmmètre...
Il existe deux sortes d'appareils, ceux qui donnent
la valeur moyenne de ce qu'ils mesure (I,V...), et ceux qui en donne la
valeur efficace.
La valeur moyenne d'un signal périodique s(t) est définie comme
et la valeur efficace est
Ainsi pour s(t)=E Volts continue, <s(t)>=E=Seff
et pour s(t)=UM.sin(w
t), <s(t)>=0 et
Sur les appareils numérique:
-le mode de mesure en valeur moyenne est appelé DC représenté par
-le mode de mesure en valeur efficace est appelé AC représenté par
III L'oscilloscope
Un oscilloscope est un appareil qui permet de
visualiser un signal dans le temps, de faire des mesures en temps et
aussi en amplitude.
L'oscilloscope ne peut mesurer que des tensions, il doit donc toujours être placé en parallèle de la tension à observer.
Si u(t)=Um.cos(w
t), l'appareil nous permet de voir sur son écran:
L'écran devient alors un repère cartésien, sur l'axe
des abscisses se trouve le temps, sur celui des ordonnées se trouve
l'amplitude.
Cet appareil est constitué d'un tube cathodique, d'un
système de déflexion horizontal, d'un système de déflexion vertical, et
d'un système de déclenchement (non représenté).
En abscisse x, c'est la base de temps qui définit les unités (secondes/carreaux)
En ordonnée y, c'est un signal proportionnel à la
tension mesurée qui est affiché, on choisit l'échelle avec un bouton qui
définit les graduations en Volts/carreau.
Pour que l''appareil puisse afficher un signal, il
faut lui définir un niveau de tension pour la tension d'entrée à partir
duquel il va commencer l'affichage, c'est le TRIGGER LEVEL.
L'appareil peut afficher le signal de deux manières différentes.
-une manière dite DC (direct current), le signal est affiché tel qu'il est
-une manière dite AC (alternative current), le
signal est affiché amputé de sa valeur moyenne. (la visualisation n'est
donc plus la vraie ! !)
Sauf cas particulier, on utilise toujours un oscilloscope en mode DC
Un oscilloscope peut afficher deux signaux en même temps.
Pour être exploité correctement, un signal doit
toujours occuper la plus grande place possible sur l'écran, aussi bien
horizontalement que verticalement.
IV Travail à effectuer
1°) L'oscilloscope
Réglez un signal continu de valeur 3 Volts avec le
générateur, visualisez le à l'oscilloscope. Que se passe-t-il si vous
changez la base de temps? Et le calibre vertical ? Représenter l'écran
de l'oscilloscope avec le papier pré-imprimé.
Réglez un signal sinusoïdal de valeur efficace 1 V à
l'aide du voltmètre. Visualisez le à l'oscilloscope, quel est la valeur
de la tension maximale? Est ce un résultat normal, si oui pourquoi?
Représenter l'affichage de l'oscilloscope lorsque vous changez la base de temps.
A l'aide de l'oscilloscope, réglez une sinusoïde
d'amplitude maximale 1 V. Mesurez la valeur efficace, est ce une valeur
normale?
Réalisez un signal sinusoïdal avec une composante
continue. Que se passe-t-il lorsque vous passez en mode DC. Et en mode
AC? Faites de même avec une tension carrée.
Avec un signal sinusoïdal de fréquence 1 kHz, quelle
base de temps faut-il utiliser pour voir 2 périodes du signal? Et pour 5
périodes?
Avec un signal sinusoïdal de fréquence 1,5 kHz, quelle base de temps faut-il utiliser pour voir 3 périodes du signal?
2°) L'oscilloscope avec 2 signaux
a) Avec un circuit
Réalisez le circuit suivant avec R=1 kW
, C=330 nF et F=1kHz, Um=5 V.
Qu'observez vous à l'écran de l'oscilloscope lorsque
vous affichez deux voies? Que se passe-t-il si vous modifiez la voie de
déclenchement du Trigger Level.
Mesurez aussi le déphasage entre les deux signaux. Comment faites vous? quelle valeur trouvez vous?
b) Avec un GBF
1°) Avec un GBF, branchez le signal sur l'oscilloscope voie 1. Dans le menu source sélectionnez la voie 2, que se passe-t-il et pourquoi ?
2°) Remettez la voie 1 en source et jouez avec le bouton trigger level. Que se passe-t-il ?
3°) Même question en modifiant dans Mode auto et auto level
4°) Branchez le signal sur la voie 1 et sans synchroniser sur la voie 1, trouvez un moyen de rendre l'affichage correct.
5°) Avec le GBF envoyez un signal carré et changez la pente de déclenchement slope coupling que se passe-t-il ?
6°) Prenez une sonde d'oscilloscope et vérifier son
rapport, comment peut on en tenir compte avec l'oscilloscope ? Vérifier
le calibration de la sonde et observer un signal sur la platine labdeck.
Nota, pour chacune des questions suivantes,
comment connaissez vous l'option choisie en regardant l'affichage de
l'oscilloscope ?
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