Oscilloscope - Mesure D amplitude

Atelier 1

L'oscilloscope et le gnrateur de fonctions :

Mesure de l'amplitude

par

Systmes lectriques d'aronefs courant alternatif (280-275-EM)

groupe :

cole Nationale d'Arotechnique Technique d'Avionique

date :

Atelier 1

1-2 280-275-EM

Page blanche intentionnelle

L'oscilloscope et le gnrateur de fonctions : Mesure de l'amplitude

Systmes lectriques d'aronefs courant alternatif 1-3

Atelier 1

L'oscilloscope et le gnrateur de fonctions :

Mesure de l'amplitude

Tout comme le multimtre, l'oscilloscope est un outil de travail indispensable pour le technicien en avionique. En effet, c'est l'aide de cet instrument qu'il pourra mesurer des phnomnes lectriques qu'il ne pourrait voir autrement. La matrise de cet appareil de mesure est donc indispensable autant pour le technicien que pour l'tudiant dans la poursuite de ses tudes. Les laboratoires 1 3 ont pour objectif de rendre l'tudiant capable de se servir d'un oscilloscope pour mesurer l'amplitude, la frquence et la phase d'une tension. Au laboratoire 4, un examen pratique sera fait afin de vrifier l'atteinte de cet objectif. Dans ce laboratoire, votre objectif sera d'apprendre utiliser un oscilloscope pour mesurer l'amplitude d'une tension. Pour atteindre cet objectif, vous devrez aussi apprendre utiliser un gnrateur de fonctions. Avant de terminer ce laboratoire, votre professeur fera une valuation formative afin de vrifier votre capacit de mesurer correctement l'amplitude d'une tension l'aide d'un oscilloscope et d'ajuster l'amplitude d'une tension fournie par un gnrateur de fonctions. la fin de la sance, chaque quipe remettra un rapport qui sera valu en tenant compte des critres suivants : exactitude des rponses, formulation claire des explications, qualit du franais.

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1.1 Notions essentielles. 1.1.1 Le courant alternatif. Dans le cours Systmes lectriques daronefs courant continu, les

phnomnes lectriques tudis taient relatifs au courant continu, c'est--dire que, pour un intervalle donn, l'intensit du courant ne subissait aucune variation. On appelle courant alternatif un courant dont l'intensit varie suivant un rythme rgulier. Le cours Systmes lectriques daronefs courant alternatif porte sur l'tude des phnomnes relatifs au courant alternatif.

La mesure d'un courant alternatif ou d'une tension alternative est donc plus

complexe car il faut mesurer la variation de l'intensit et non seulement l'intensit. La figure ci-dessous permet d'identifier les principales mesures d'une tension alternative priodique de forme sinusodale :

v = A sin (t + ) o : v est la tension instantane en volts A est l'amplitude en volts

* = 2f est la vitesse angulaire en radians/seconde t est le temps en secondes

** = t 2/T est la phase en radians et : f = 1/T est la frquence en hertz T est la priode en secondes t est l'avance (ou retard) en secondes

* : Omga (minuscule), lettre grecque utilise pour reprsenter la vitesse angulaire en radians/seconde. ** : Phi (minuscule), lettre grecque utilise pour reprsenter l'angle de phase.



1.1 Notions essentielles. 1.1.2 L'oscilloscope Tektronix DPO 2012.

Los

cillo

scop

e Te

ktro

nix

DPO

201

2

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1.1 Notions essentielles. L'oscilloscope est un appareil qui produit une reprsentation graphique des

tensions qu'il mesure. L'image graphique est affiche sur un cran cathodique muni d'une grille permettant la mesure relative suivant l'axe de la tension, c'est--dire l'axe vertical (spar en 8 divisions) et suivant l'axe du temps, c'est--dire l'axe horizontal (spar en 10 divisions).

L'image graphique est produite par le dplacement d'un point lumineux sur la

face interne de l'cran. Le dplacement de ce point est command par deux sources indpendantes. Le dplacement vertical est command par la tension mesure. Une tension positive fait dplacer le point vers le haut de l'cran, proportionnellement son amplitude, alors qu'une tension ngative provoque un dplacement vers le bas de l'cran. Le dplacement horizontal est command par l'oscilloscope lui-mme. Le point se dplace rptition de gauche droite, une vitesse horizontale constante dont la valeur dpend des ajustements effectus.

Les oscilloscopes se prsentent en diffrents modles appropris aux

applications pour lesquelles ils ont t conus. Certains modles sont trs complexes, et leur apprentissage ncessite plusieurs heures de travail mme un technicien chevronn. D'autres modles sont heureusement plus simples, comme celui dont est quip ce laboratoire. Mais mme les oscilloscopes les plus simples sont munis d'une multitude de boutons de commande et leur apprentissage ncessite d'y mettre suffisamment de temps et d'efforts.

Les diffrents boutons de commande de l'oscilloscope sont regroups en trois

sections :

a. Section de rglage de la trace. b. Section de commande du balayage horizontal. c. Section de commande du balayage vertical.

1.1.3 Le gnrateur de fonctions INSTEK GFG-8219A Un gnrateur de fonctions est une source de tension alternative capable de

fournir du courant alternatif variant suivant diverses fonctions. En plus de la forme sinusodale, les formes de variation les plus courantes sont la forme rectangulaire, la forme triangulaire et leurs variantes (impulsions, rampe), ainsi que la modulation d'amplitude et la modulation de frquence. Puisqu'il s'agit d'une source de tension alternative, un gnrateur permet d'ajuster l'amplitude de la tension de sortie ainsi que sa frquence. Ces formes sont toutes disponibles sur le gnrateur que nous utiliserons au laboratoire. tant donn que les objectifs de ce cours se limitent l'apprentissage des phnomnes fondamentaux en courant alternatif, nous n'utiliserons pas toutes les



1.1 Notions essentielles. fonctions du gnrateur Instek GFG-8219A..

Le g

nr

ateu

rde

fonc

tions

Inst

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FG-8

219A

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1.1 Notions essentielles.

a. Section de commande de l'alimentation. Cette section n'a qu'un seul

bouton (1) qui commande la mise en marche de l'appareil.

b. Section de commande de l'amplitude.

Les boutons de cette section

permettent d'ajuster la valeur de la tension de sortie. Les boutons 2, 3 et 4 servent ajuster l'amplitude de la tension de sortie tandis que les boutons 5 et 6 permettent d'en ajuster la valeur moyenne.

(12)AMPL Ce bouton sert ajuster lamplitude du signal : Il faut le tourner en sens

horaire pour une valeur MAX, et en sens antihoraire pour attnuer de -20dB. En tirant sur ce bouton, on obtient une attnuation additionnelle de -20dB.

(12a)ATT Ce bouton ajoute une attnuation de -20dB la tension de sortie. (11)Offset Ce bouton sert ajuster la valeur moyenne du signal de sortie. Lorsque

cette valeur est de zro, ne pas tirer sur le bouton. Sinon, une fois tir, en tournant ce bouton en sens horaire on peut rajouter une valeur DC de +10V, et en le tournant en sens antihoraire une valeur DC de -10V




c. Section de commande des fonctions. Cette section regroupe les

boutons de commande qui servent rgler la forme des variations de la tension de sortie.

(8)FNC SEL Presser pour choisir la forme de la tension voulue : sinusodale, carre

ou triangulaire (9)DUTY Lorsque ce bouton nest pas slectionn (bouton sorti), les formes de

sortie sont parfaitement symtriques sur une priode. Si on lenfonce, il permet dajuster le temps de travail (duty cycle) de londe carre. Pour une forme triangulaire, cela permettra de produire une rampe (dents de scie)

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d. Section d'ajustement de la frquence. Cette section regroupe les boutons de commande qui servent ajuster la valeur

de la frquence de la tension de sortie.

(7)FREQ

SEL Enfoncer lun de ces boutons pour accder lventail de frquences voulues selon les valeurs numres la table 1

(13)FREQ SW

Ce bouton permet une opration automatique ou manuelle du choix des frquences gnres. En opration manuelle, il faut le presser et le tourner en sens horaire pour une valeur MAX, et en sens antihoraire pour une valeur MIN (tout en demeurant dans les limites de la table 1). Puisque nous nutiliserons pas la fonction automatique dans ce cours, assurez-vous que ce bouton soit toujours enfonc.

Table 1 Enfoncez le bouton

1 10 100 1k 10k 100k 1M

Pour une frquence de sortie comprise entre

0.3Hz et 3Hz

3Hz et 30Hz

30Hz et

300Hz

300Hz et

3kHz

3kHz et

30kHz

30kHz et

300kHz

300kHz et

3MHz




e. Bornes d'entre/sortie.

(22)

OUTPUT. Borne de sortie principale. Limpdance de sortie est de 50 . Cest la seule sortie que vous aurez besoin dutiliser dans le cadre de ce cours. Dautres bornes de sortie sont disponibles larrire de lappareil permettant des signaux avec caractristiques spciales, mais vous naurez pas les utiliser.

1.1.4 Prises et fils coaxiaux. Les bornes de l'oscilloscope comme celles

du gnrateur de fonctions sont des prises coaxiales de type BNC. Ces prises ont deux bornes : le fil intrieur sert de borne d'entre ou de sortie alors que la bague extrieure sert de borne commune.

Toutes les bornes communes sont lectriquement relies la prise de terre du secteur. Il est donc important de TOUJOURS RELIER ENSEMBLE LES BORNES COMMUNES DE TOUS LES APPAREILS BRANCHS AU MME CIRCUIT sans quoi on provoquera un court-circuit qui risque d'endommager les appareils.

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1.1 Notions essentielles. L'oscilloscope dispose d'une borne

commune supplmentaire qui peut avantageusement tre utilise pour les deux canaux de mesure (CH1 et CH2).

Les fils de raccordement utiliss avec ces prises sont des fils coaxiaux. Il est important de NE PAS PLIER CES FILS afin de ne pas les endommager. Pour les ranger on peut les suspendre par un bout ou les enrouler sur eux-mmes (deux ou trois tours, pas plus).



1.1 Notions essentielles. 1.1.5 Mesure de l'amplitude d'une tension.

a. Mesure d'une tension continue. Une tension continue ne varie pas. Elle apparatra donc l'oscilloscope comme

un trait horizontal continu. Pour mesurer une tension continue on procde de la manire suivante :

i. Raccorder une borne (20) de l'oscilloscope au circuit mesurer en

respectant la polarit de la tension mesurer. SI UN POINT DU CIRCUIT EST RELI LA PRISE DE TERRE, LA BORNE COMMUNE DE L'OSCILLOSCOPE DOIT TRE RELIE CE POINT SANS QUOI ON PROVOQUERA UN COURT-CIRCUIT. La mesure serait alors fausse et le circuit pourrait tre endommag.

ii. Placer le bouton VOLTS/DIV (18) du canal utilis sur la gamme la plus leve.

iii. Placer le bouton AC-GND-DC (17) du canal utilis sur GND et, l'aide du bouton POSITION (16), ajuster la hauteur de la trace la position approprie. Cette position correspond la valeur 0V. Placer ensuite le bouton AC-GND-DC (17) sur DC.

iv. Placer le bouton volts/div sur une gamme permettant d'utiliser la hauteur maximale sur l'cran.

v. Aprs avoir re-vrifi l'ajustement de la position 0V (tape iii.) mesurer la hauteur de la trace partir de la position 0V. Multiplier la hauteur obtenue (en divisions) par la valeur de la gamme choisie pour obtenir la valeur de la tension. Si la trace est place sous la position 0V, il s'agit bien entendu d'une tension ngative.

b. Mesure de l'amplitude d'une tension alternative.

Pour mesurer une tension alternative, il est prfrable de faire la mesure crte--

crte (en anglais, peak to peak). Cette mthode a deux avantages : 1. elle permet de minimiser les erreurs d'apprciation puisque la hauteur des sommets est facile identifier, et 2. elle permet d'viter une erreur de lecture due une valeur moyenne non nulle (voir en c. plus loin dans le texte). Pour mesurer l'amplitude d'une tension alternative, on procde de la manire suivante :

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1.1 Notions essentielles. i. Raccorder une borne (20) de l'oscilloscope au circuit mesurer en


ii. Placer le bouton VOLTS/DIV (18) du canal utilis sur la gamme qui permet d'obtenir l'image la plus grande sur l'cran.

iii. l'aide du bouton POSITION de l'axe vertical (16), ajuster la hauteur de la trace pour que les sommets des crtes ngatives concident avec une ligne horizontale au bas de la grille de l'cran. Ensuite, l'aide du bouton POSITION horizontal (6), ajuster la position de la trace pour qu'un sommet d'une crte positive concide avec la ligne verticale centrale (gradue) de l'cran.

iv. Mesurer la hauteur de la trace d'une crte ngative une crte positive. Multiplier la hauteur obtenue (en divisions) par la valeur de la gamme choisie pour obtenir la valeur de la tension. On mesure ainsi la valeur crte--crte de la tension.

Dans la figure ci-contre, on a choisi la gamme (VOLTS/DIV, 18) permettant une image assez grande sur l'cran. On a plac verticalement (POSITION, 16) l'image pour que les crtes ngatives concident avec la premire ligne horizontale au bas de l'cran. On a plac horizontalement l'image pour que le sommet d'une des crtes positives concide avec la ligne verticale centrale de l'cran.

La hauteur verticale mesure est de 6,7 divisions crte--crte. Si la gamme

choisie tait, par exemple, 0,1V/div, alors la tension mesure vaut :

V div V div mVPP= =6 7 01 670, , /




c. Mesure de la valeur moyenne d'une tension alternative. Dans certaines applications, la tension mesure a une valeur moyenne qui n'est

pas nulle (par exemple la tension mesure au collecteur d'un transistor dans un amplificateur metteur commun). On peut mesurer cette valeur moyenne l'oscilloscope de la manire suivante :

i. Raccorder une borne (20) de l'oscilloscope au circuit mesurer en


ii. Placer le bouton VOLTS/DIV (18) du canal utilis sur la gamme la plus leve.

iii. Placer le bouton AC-GND-DC (17) du canal utilis sur AC puis sur DC. Notez que la figure change de position verticalement sur l'cran. Au besoin, abaissez la gamme (bouton VOLTS/DIV, 18) du canal utilis pour que le dplacement soit le plus haut possible sur l'cran.

iii. Placer le bouton AC-GND-DC (17) du canal utilis sur AC et, l'aide du bouton POSITION (16), ajuster la hauteur de la trace pour que les sommets des crtes positives (ou ngatives) concident avec une ligne horizontale de la grille de l'cran. Ensuite, l'aide du bouton POSITION horizontal (6), ajuster la position de la trace pour que le sommet d'une des crtes positives (ou ngatives) concide avec la ligne verticale centrale (gradue) de l'cran. En plaant le bouton AC-GND-DC (17) du canal utilis sur DC, notez la hauteur du dplacement vertical de ce sommet.

iv. Multiplier la hauteur mesure (en divisions) par la valeur de la gamme choisie pour obtenir la valeur moyenne de la tension. Si, aprs avoir plac le bouton AC-GND-DC (17) du canal utilis sur DC, la figure se place plus bas sur l'cran, la valeur moyenne est ngative.

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1.1 Notions essentielles. Dans la figure ci-contre, alors que le

bouton AC-GND-DC (17) du canal utilis tait plac sur AC, on a dplac verticalement (POSITION, 16) l'image pour que les crtes positives concident avec une ligne horizontale de l'cran. On a ensuite plac horizontalement l'image pour que le sommet d'une des crtes positives concide avec la ligne verticale centrale de l'cran.

Dans la figure ci-contre, on a plac le

bouton AC-GND-DC (17) du canal utilis sur DC. L'image s'est dplace verticalement vers le haut de l'cran. Le sommet de la crte positive qui concide avec la ligne verticale centrale de l'cran s'est dplac de 3,8 divisions vers le haut de l'cran. Si la gamme choisie tait de 0,5V/div alors la valeur moyenne de la tension alternative mesure vaut :

V div V div V= =3 0 1,8 ,5 / ,9 Puisque l'image s'est dplace plus haut sur l'cran, la valeur moyenne est positive.



1.2 Prparation individuelle. Il n'y a aucune prparation faire pour ce laboratoire.

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1.3 Manipulations. 1.3.1 Mesure d'une tension continue.

a) Donnes

b) Raliser le montage.

c) Mesurer les tensions : l'aide de l'oscilloscope, mesurer la tension entre les bornes du bloc d'alimentation.

d) diter les rsultats : Bloc d'alimentation Tension V gamme choisie nombre de divisions V V1 3 V 0.5 V/div 6,3 div 3,15 V V2 6 V V3 9 V V4 14 V V5 22 V



1.3 Manipulations. 1.3.2 Mesure de l'amplitude d'une tension alternative.

a) Donnes


c) Ajuster le gnrateur de fonctions : Section Commande FREQUENCY Multipilcateur 10K Ajustement 1.0 SWEEP ON/OFF OFF (enfonc) FUNCTION bouton DUTY OFF (enfonc) bouton DC OFF (enfonc) forme sinusodale ON (enfonc)

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1.3 Manipulations.

d) Mesurer les tensions : Ajuster l'amplitude de la tension de sortie du gnrateur de fonctions l'aide des boutons de

commande AMPLITUDE et -20dB et mesurer l'oscilloscope la valeur crte--crte de cette tension.

e) diter les rsultats : Amplitude V gamme choisie nombre de divisions V1 3 VPP 0.5 V/div 6 div V2 8 VPP V3 14 VPP V4 35 mVPP V5 75 mVPP



1.3 Manipulations. 1.3.3 Mesure de la valeur moyenne d'une tension alternative.

a) Donnes


c) Ajuster le gnrateur de fonctions : Section Commande FREQUENCY Multipilcateur 10K Ajustement 1.0 SWEEP ON/OFF OFF (enfonc) FUNCTION bouton DUTY OFF (enfonc) bouton DC ON (sorti) forme sinusodale ON (enfonc)

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1.3 Manipulations.

d) Mesurer les tensions : Ajuster la valeur moyenne de la tension de sortie du gnrateur de fonctions l'aide de bouton

de commande OFFSET et mesurer sa valeur l'oscilloscope.

e) diter les rsultats : Amplitude Valeur moyenne V gamme choisie nombre de divisions V1 2 VPP 0.5 V 0.5 V/div 1 div V2 2 VPP -0.75 V V3 2 VPP 2 V V4 2 VPP -3 V V5 2 VPP 50 mV



1.4 Conclusion.

1.4.1 Pourquoi est-il prfrable de rgler le mode de balayage (SWEEP MODE) en position AUTO (8) plutt que NORM (9) sur loscilloscope?

1.4.2 quoi sert le bouton de commande LEVEL (14)? 1.4.3 Quelle est la diffrence entre les positions AC et DC du bouton de slection de

couplage (17)? 1.4.4 Dans le circuit ci-contre, comment doit-on

procder pour mesurer la tension entre les bornes de la rsistance R2 l'aide d'un oscilloscope?

1.4.5 Complter les deux pages aide-mmoire suivantes en inscrivant l'ajustement

initial des bouton de commande indiqus. Ces pages pourront servir comme guide pour ajuster les appareils lors des laboratoires suivants.

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Aide mmoire Oscilloscope Tektronix DPO 2012

Balayage horizontal POSITION

SCALE

Balayage vertical POSITION

SCALE

AC/GND/DC



Aide mmoire Le gnrateur de fonctions INSTEK GFG-8219A

section FREQUENCY section FUNCTION multiplicateurs forme ajustement DC

DUTY section AMPLITUDE

AMPLITUDE section SWEEP -20dB OFF

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