2nde Comment caractériser et exploiter un signal électrique ? 2

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Séance 2 Comment visualiser un signal électrique ?

1. Quel appareil de visualisation ?

Question 1 Complétez les espaces laissés en pointillé.

L’…………………………… est un appareil permettant de visualiser l’évolution d’une tension électrique en fonction du temps. Pour visualiser une……………, l’oscilloscope doit être branché comme un voltmètre donc en ………………….

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La courbe obtenue sur l’écran est un …………………….

2. Quels types de signaux observe-t-on à partir des appareils d’usage courant ?

On souhaite visualiser la tension aux bornes de différents appareils :

a. Visualisons une tension aux bornes d’un générateur de tension continue.

b. Visualisons une tension aux bornes d’un générateur de tension alternative.

c. Visualisons une tension alternative sinusoïdale.

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Question 1 Associez les mots suivants à chaque oscillogramme ci-dessus : « Signal constant », « Signal alternatif » ; « Signal sinusoïdal ».

Question 2 Renseignez les espaces vides à l’aide des informations données dans l’énoncé.

Le signal en forme de vague est aussi appelé sinusoïde. La tension est alternativement positive puis négative. La tension est dite ……………………..

Sur les signaux 1 et 2, la tension obtenue est…………………….  . Elle se répète identique à elle-même après un même intervalle de temps.

3. Quelles informations peut-on obtenir à partir d’un signal électrique ?

En visualisant la tension aux bornes d’un appareil, on peut obtenir plusieurs informations propres à ce signal : période, fréquence, tension maximale.

3.1. Comment déterminer la période et la fréquence de la tension visualisée ?

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Question 1 Quel est le calibre du balayage horizontal ?

Pour mesurer la période et la tension maximale sur un oscillogramme, on utilise les carreaux de l’écran, appelés divisions. On mesure la période d’un signal lorsque celui-ci est périodique. C’est-à-dire qu’une partie élémentaire du signal se reproduit de façon identique régulièrement. Cette partie élémentaire est appelée « motif élémentaire ».

Pour déterminer la période, on repère d’abord sur l’écran le nombre de divisions entre les deux extrémités du motif élémentaire de l’oscillogramme. Puis on multiplie le résultat par la base de temps (encore appelée balayage) indiquée sur les réglages de l’oscilloscope.

Question 2 Quel est le nombre de divisions horizontales séparant les extrémités d’un motif élémentaire ?

Question 3 Calculez la période en secondes.

Si le balayage horizontal est dans une autre unité (ex : ms), vous obtenez une période en millisecondes. Pour obtenir des secondes à partir des ms, on divise par 1 000. ou on multiplie par 10 puissance -3. Il est important de convertir la période en seconde pour pouvoir calculer la fréquence en Hertz ensuite.

Question 4 En déduire la fréquence f à l’aide de la formule : f = 1 / T (appliquez la formule au résultat précédent). La fréquence f s’exprime en Hertz (Hz).

Attention : Lorsqu’on utilise cette formule, pour obtenir des Hertz, on doit convertir la période en secondes.

3.2. Comment déterminer la tension maximale U max de la tension visualisée ?

La tension obtenue présente un maximum :

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Question 1 Quel est le calibre du balayage vertical ?

• Le nombre de divisions verticales est le nombre de carreaux qui séparent l’axe horizontal de l’écran du maximum de l’oscillogramme.

• Pour déterminer Umax, on repère sur l’écran le nombre de divisions qu’il représente, que l’on multiplie par le calibre de la tension indiqué sur les réglages de l’oscilloscope.

Question 2 Quel est le nombre de divisions verticales mesurées sur l’oscillogramme ci-avant ?

Question 3 Quelle est la tension Umax (à l’aide de la méthode décrite dans le point info ci-avant) ?

3.3. Obtient-on le même résultat à partir d’un voltmètre ou d’un oscilloscope ?

Comparons les tensions mesurées à l’aide d’un oscilloscope et d’un voltmètre. Aux bornes d’une résistance alimentée par une tension alternative sinusoïdale, on branche en dérivation un voltmètre et un oscilloscope (voir schéma ci-après).

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Question 1 À partir des résultats, que peut-on constater ?

Question 2 En dehors de la période et de la fréquence, quelle information l’oscilloscope permet-il d’obtenir ?

Question 3 Calculez la valeur de : Ueff × racine (2) . Puis comparez le résultat obtenu avec le résultat mesuré avec l’oscilloscope.

On remplace Ueff par la valeur indiquée sur le voltmètre.

Question 4 Comment expliquer la différence des résultats observés entre le voltmètre et l’oscilloscope ?

4. Tension de secteur en France

La tension du secteur en France est une tension alternative sinusoïdale. Sa valeur efficace est de 230 V. Sa fréquence est f = 50 Hz. On peut trouver ce type d’informations sur l’étiquette des appareils prévus pour un usage en France.

Question 1 Calculez la valeur maximale de la tension du secteur en France.

Question 2 Calculez la période de la tension de secteur en France.

LE POINT SUR LES NOTIONS À RETENIR

• Une tension se visualise avec un oscilloscope. On obtient un oscillogramme.

• L’oscillogramme d’une tension continue est une droite.

• L’oscillogramme d’une tension alternative sinusoïdale est une sinusoïde.

• L’oscillogramme permet de calculer la période T et la valeur maximale Umax d’une tension sinusoïdale.

• La fréquence se calcule avec la formule : f = 1 / T

• La tension efficace Ueff est mesurée avec un voltmètre. • À partir de Ueff, on calcule Umax avec la formule : Umax = Ueff × Racine (2 ).

• La tension du secteur a une valeur efficace Ueff égale à 230 V et une fréquence f égale à 50 Hz.

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