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  1. 1. Oscilloscope Cathodique OSCILLOSOPE CATHODIQUEI. ButLe but de cette manipulation est de familiariser l’étudiant (e) avec un appareil de mesure très utilisédans la plupart des sciences appliquées. L’oscilloscope permet de : - mesurer des tensions continues, - caractériser un signal électrique au cours du temps en déterminant sa forme, sa fréquence et sa période ainsi que son amplitude, - mesurer le déphasage entre deux phénomènes alternatifs de même fréquence.II. Principe1- Déviation du spot sur l’écranLe schéma ci-dessous représente un tube cathodique.Le spot étant à l’origine au milieu de l’écran, une tension appliquée entre les plaques Y’ et Yprovoque une déviation Dy suivant l’axe vertical y’y. Cette déviation est proportionnelle à latension Vy qui l’a engendrée. Si on inverse le signe de la tension, la déviation aussi est inversée.On a donc : Dy = k UySi on applique de même une tension Vx entre les plaque X’ et X, ceci provoque un déplacement duspot selon l’axe x’x, avec : Dx = k’ Ux2- Application d’une tension sinusoïdale : U = Um cos ωt Um : amplitude maximale Ucc : valeur crête à crête (Ucc = 2 Um) T : période ( T = 1 = 2π ) N ω U m U cc Ue : valeur efficace ( U e = = ) 2 2 2 10
  2. 2. Oscilloscope CathodiqueLe spot étant au milieu de l’écran, on applique une tension alternative sinusoïdale entre les plaquesY’Y. Uy = Um cosωtLe spot décrit alors, selon l’axe y’y, une trajectoire définie par : Dy = k Uy = k Um cosωt3- Composition de deux signaux sinusoïdaux de fréquences différentesLorsqu’on applique, sur les entrées X et Y, deux tensions sinusoïdales de fréquences différentes(Nx et Ny respectivement), les déviations correspondantes sont : Dx = X0 cosωt Dy = Y0 cos(ωt + Φ)La composition de ces deux vibrations donne une figure de "Lissajous" stable lorsqu’on a : Nx n = x où nx et ny sont deux entiers. Ny nynx représente le nombre de tangences avec chaque côté horizontal du rectangle dans lequel s’inscritla figure de Lissajous.ny représente le nombre de tangences avec chaque côté vertical du rectangle dans lequel s’inscrit lafigure de Lissajous. nx = 2 ny = 1Si le rapport des fréquences n’est pas égal à celui des deux nombres entiers, on observe une figureinstable.III. Partie expérimentale- Mettre l’appareil en marche,- Positionner les boutons "Var" complètement à gauche,- Mettre le balayage sur une vitesse assez rapide (10 ms/division par exemple) : le spot décrit alorsun segment, plus facile à localiser qu’un point se déplaçant lentement.- A l’aide des boutons de cadrage horizontal et vertical, centrer la trace sur l’écran.- Régler la luminosité et la focalisation pour avoir une trace fine et nette.A. Etude en continu1- Calibrage de la voie I- Régler le gain de l’ampli I sur 2 V/division,- Appliquer une tension de 5 volts sur l’entrée I, 11
  3. 3. Oscilloscope Cathodique Alimentation Voltmètre - - + + Schéma du montage- Mesurer simultanément cette tension à l’oscilloscope et au voltmètre,- Relever la déviation Dy sur l’oscilloscope et la tension mesurer au voltmètre. En déduire le Urapport . Dy- Comparer la valeur trouvée à l’indication du bouton ampli I. Conclure.- Inverser les bornes et conclure.2- Etude d’autres calibres- Passer sur le calibre 5 V/division. Justifier votre observation.- Que se passe-t-il si l’on utilise le calibre 1 V/division ?B. Etude en alternatif- Appliquer la tension alternative 50 Hz sur la voie I, le gain étant réglé sur 5 V/division.Qu’observe-t-on ? Pourquoi ?- Mesurer la tension crête à crête, Ucc, à l’oscilloscope.- Comparer la valeur trouvée à la valeur Ue, mesurée au voltmètre. U cc- Calculer le rapport . UeC. Mesure de déphasageUne résistance R donnée est montée en série avec une capacité C inconnue, voir schéma ci-dessous : A B i R GBF C Masse Figure 1Le courant i s’écrit : i(t) = IM cos(ωt),Et les tensions : vAM(t) = VAM cos(ωt) ; vBM = VBM cos(ωt-ϕ) ϕ > 0.ϕ étant le déphasage entre les deux tensions vAM et vBM. Le signe (-) devant ϕ, montre que vBM esten retard de phase par rapport à vAM. 12
  4. 4. Oscilloscope Cathodique1- Mesure directeVisualiser à l’oscilloscope, les deux tensions. La mesure de θ, permet de déterminer le déphasageϕ: ϕ = 2 π f θ, où f est la fréquence utilisée. VAM VBM θ t (s) -VAM Figure 22- Méthode de l’ellipseDans le montage précédent, on annule le balayage on sélectionnant la position XY (position deLissajous). On visualise alors, l’entrée vBM (Y) en fonction de vAM (X), ce qui donne une ellipsetelle que : AA’ : intersection de l’ellipse avec l’axe OY (bien centrer l’ellipse par rapport à OY) BB’ : projection sur Y sinϕ = AA Y BB B A’ O X A B’ Figure 33- Détermination de CA partir de la représentation de Fresnel, on peut démontrer que : 1 tgϕ = Rω CConnaissant la valeur du déphasage, ϕ, la capacité C est donnée par la relation : 1 C = R ω tgϕ 13
  5. 5. Oscilloscope CathodiqueIII. Manipulation1- Réaliser le montage de la figure 1 avec : F =1 KHz R = 100 Ω2- Visualiser vAM et vBM, et mesurer, à l’aide des deux méthodes, le déphasage ϕ.3- Comparer les deux valeurs de ϕ, ainsi obtenues.4- En déduire la valeur de la capacité C ainsi que ∆C. 14

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