tpelectronique.pdf

TRAVAUX PRATIQUES

Electricité Electronique

Salle A.28

1ère année

Coordinatrice : Mme Mrabet Bellaaj Najiba

Année universitaire 2011 - 2012

I N S T I T U T S U P E R I E U R INFORMATIQUE

الـمعهـد العـالـي لإلعـالمــيـةISI

TP Electronique 2011 – 2012

1



PREFACE

Ce fascicule des travaux pratiques d’électronique est à l’intention des étudiants de première

année de l’Institut Supérieure d’Informatique.

Le fascicule comporte 5 TP réparties comme suit :

TP0 : Présentation du matériel & recommandations à l’utilisation

TP1 : Théorèmes généraux des réseaux électriques

TP2 : Les Quadripôles

TP3 : Les filtres

TP4 : Circuits à diodes

Le TP0 est consacré à la présentation du matériel utilisé lors des séances des TP et de leurs

utilisations (les composants, les appareils d’alimentation et les appareils de mesures…)

Les TP de 1 à 4 comportent différents montages à réaliser. Pour chaque montage, une étude

théorique et une réalisation pratique doivent être effectuées.

Avant d’assister à la séance de TP, chaque étudiant doit préparer sérieusement la partie

théorique se rapportant à la manipulation qu’il va effectuer et ce à l’aide du cours, des TD et

du fascicule de TP, ...

Pendant la manipulation, l’étudiant, assisté par l’enseignant, utilisera ce fascicule et notera les

résultats obtenus directement sur le compte-rendu à remettre à la fin de la séance.

Enfin, nous espérons que le présent ouvrage aura le mérite d’être un bon support

pédagogique pour l’enseignant et un document permettant une concrétisation expérimentale

pour l’étudiant.

Les auteurs

Bellaaj Mrabet Najiba

Ghdemsi Madiha Triki Sami


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SOMMAIRE

TP0 : Présentation du matériel & recommandations à l’utilisation

TP1 : Théorèmes généraux des réseaux électriques

TP2 : Les Quadripôles

TP3 : Les filtres

TP4 : Circuits à diodes


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TP 0 : PRESENTATION DU MATERIEL

&

RECOMMANDATIONS A L'UTILISATION

1. Objectifs

Le but de ce TP est de vous familiariser avec les principaux composants, les différents

appareils d’alimentation et de mesures utilisés lors des prochains TP.

2. Les composants

2.1 Les Résistances La valeur de la résistance est écrite sur le composant, de manière codée (Figure 1). En effet,

pour les résistances à quatre anneaux de couleur (Figure 2,). La première bande de couleur,

est celle qui est la plus proche de l’extrémité de la résistance. Les bandes de couleurs sont

réparties comme suit:

− La bande de couleur #1 représente le premier chiffre de la valeur de la résistance.

− La bande de couleur #2 représente le deuxième chiffre de la valeur de la résistance.

− La bande de couleur #3 représente la puissance de 10 qui multiplie le nombre formé par

les deux premiers chiffres.

− La bande de couleur #4 représente la précision de la valeur de la résistance.

Figure 1: Résistance à 4 anneaux de couleurs

Figure 2: Code des couleurs à 4 anneaux


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Chaque couleur correspond à un chiffre comme l’indique le tableau suivant :

Couleur Noir Marron Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc

1ier chiffre 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

2ième chiffre 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

multiplicateur 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109

Tolérance (%) 1 2 0.25 0.2 0.1

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

100Ω avec une tolérance de 5% indique que: 95 Ω <R<105 Ω

Exemple :

Les couleurs : Brun-Jaune-Rouge-Argent

14 x 10² ± 10%= 1400 Ohms ± 10% =1.4 KΩ ± 10%

2.2 Les condensateurs 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 les capacités de valeurs faibles, 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 valeur de 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.


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3. La plaquette d’expérimentation

On utilise une plaque d’expérimentation (Figure 3) sur laquelle on réalise le circuit. Cette

plaque est composée de plots de connexion et reliés entre eux de différentes manières. On

peut ainsi insérer les composants et les fils de liaison.

Figure 3: Plaquette d’expérimentation

4. Les sources d’alimentation

4.1 Alimentation stabilisée C'est une alimentation réglable de tension continue. Les réglages peuvent se faire suivant

quatre modes :

− Mode « Seperated » : Les deux alimentations sont indépendantes et délivrent chacune une

tension réglable de 0 à 30V et un courant réglable de 0 à 3 A.

− Mode « Traking » : Ce mode permet de délivrer deux tensions symétriques par rapport au

point milieu formé de la borne négative de l’alimentation maître « A » et la borne positive

de l’alimentation esclave « B ». La régulation de tension de l’esclave « B » est commandé

par celle du maître « A ». Le réglage du courant reste indépendant et ajustable de 0 à 3A

pour chaque alimentation.

− Mode « Series » : Ce mode permet d’obtenir une alimentation réglable de 0 à 60 V avec

un courant de 0 à 3A. Les régulations de tension et de courant de l’alimentation esclave

« B » sont pilotées depuis le maître « A ». L’affichage des grandeurs s’effectue sur

l’alimentation maître.

− Mode « parallel »: Ce mode permet d’obtenir une alimentation réglable de 0 à 30 V avec

un courant de 0 à 6A. Les régulations de tension et de courant de l’esclave « B » sont


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pilotées depuis le maître « A ». L’affichage des grandeurs s’effectue sur l’alimentation

maître.

− Mode de l’alimentation auxiliaire « AUXILIARY »: Deux modes de fonctionnement sont

possibles :

o 2 à 5.5 V- 3A l’alimentation auxiliaire délivre une tension de 2V à 5.5 V et délivre un

courant de 3A.

o 5.5 V à 15 V-1A l’alimentation délivre une tension de 5.5 V à 15 V avec un courant

de 1 A.

− Mode « Standby » : En position attente (LED rouge éclairée), aucune tension n’est

disponible sur les bornes de sortie des alimentations Maître et Esclave. Une activation du

mode (LED verte éclairée) connecte les bornes de sorties. De plus le mode se place

automatiquement en position attente dès qu’une sélection de mode est effectuée.

4.1.1 Description des commandes

(1) Affichage du courant (2) Contrôle de la régulation de courant (3) Réglage du courant (4) Affichage de la tension (5) Contrôle de la régulation de tension (6) Réglage de la tension (7) Sélection du mode SEPARATED (8) Sélection du mode TRACKING (9) Sélection du mode SERIES (10) Sélection du mode PARALLEL (11) Sélection du mode STANDBY (12) Réglage fin de la tension (13) Borne positive (14) Borne négative (15) Sélection du court-circuit (16) Réglage fin de la tension (17) Borne positive

(18) Borne négative (19) Interrupteur MARCHE/ARRET (20) Borne positive (21) Borne négative (22) Contrôle du mode 1 à 15 V - 1A (23) Sélection du mode 1 à 15 V - 1A ou 5V – 2.5A (24) Contrôle du mode 5 V – 2.5A (25) Réglage de la tension (26) Affichage de la tension (27) Réglage du courant (28) Contrôle de la régulation du courant (29) Affichage du courant (30) Sélection du court-circuit (31) Réglage rapide de la tension (32) Affichage de la tension (33) Contrôle de la régulation de tension (34) Borne de terre fonctionnelle


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4.2 Générateur de fonctions Le générateur de signaux génère plusieurs formes de tensions alternatives.


(1) Affichage (DEL 7 segments) (2) Sweep ON (touche) (3) Frequency (bouton rotatif) : réglage linéaire de

la fréquence (4) Frequency (2 touches) : choix de la gamme de

fréquence de 50 mHz à 5MHz en 8 décades (5) (DELs) Affichage de type de signal (6) (touches poussoirs) : choix du signal : sinus,

triangle, carré (7) Trig. Outp. (borne BNC) : Sortie de signal de

déclenchement protégée contre les courts-circuits. Le signal carré est compatible TTL.

(8) Offset (bouton rotatif) : réglage de la tension de décalage positive ou négative. La fonction de décalage est applicable à toutes les fonctions avec la touche ON (9).

(9) ON (touche poussoir) : mise en service de l’OFFSET.

(10) 50 Ω Output (borne BNC) : sortie de signal du générateur protégée contre les courts-circuits. L’impédance de sortie est de 50 Ω , la tension de sortie max, 20Vcc circuit ouvert 10 Vcc sur charge 50 Ω.

(11) -20 dB, 20 dB (touches poussoirs) : Réglage de l’atténuation du signal de sortie. Chaque touche(-20 dB) est utilisable séparément, les deux touches enfoncées réalisent une atténuation de -40 dB.

(12) Amplitude (bouton rotatif) : Réglage continu de l’amplitude de sortie du signal.

5. Les instruments de mesure

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:0

1( ) ( )T

s t s t dtT

= ⋅∫

et la valeur efficace est: 2

0

1 ( )T

effS s t dtT

= ⋅∫

Ainsi pour ( )s t E= Volts continue, ( ) effs t E S= =

et pour ( ) sin( )Ms t U tω= ⋅ , ( ) 0s t = et 2M

effUS =


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5.1 Multimètre numérique à changement de gamme automatique Le multimètre numérique permet la mesure de tensions et du courants, continus ou alternatifs,

la mesure de résistances, la mesure de températures, la mesure du gain en courant des

transistors et aussi permet la fonction test diode.


(1) AFFICHAGE (DEL 7 segments) (2) (DEL) Indicateur signalant la validation du

signal sonore du test de continuité. (3) BEEP (touche poussoir) permettant d’activer le

signal sonore en mode ohmètre. (4) A (10 A) Branchement (potentiel haut) pour

mesures de courants continus et alternatifs dans la gamme 10 A en liaison avec l’entrée COM (7) (potentiel bas).

(5) mA/µA Branchement (potentiel haut) pour mesures de courants continus et alternatifs jusqu’à 500 mA en liaison avec l’entrée COM (7) (potentiel bas).

(6) HOLD (DEL) Indicateur signalant que la valeur affichée est gelée. On active cette fonction par la touche (11). Sa déactivation est obtenue par trois appuie sur la touche HOLD/OFFSET.

(7) COM La borne COM (potentiel bas) est le branchement commun pour toutes les fonctions de mesure sur laquelle le potentiel proche de la terre de la grandeur mesurée sera appliquée.

(8) OFFSET (DEL) Indicateur signalant que la valeur affichée et une mesure relative. La valeur affichée correspond à la valeur d’entrée retranchée de la valeur présente à l’affichage au moment de la première action sur la touche

HOLD/OFFSET (10). On active cette fonction grâce à un second appui sur la touche HOLD/OFFSET.

(9) V/Ω/ T°/dB/−| − Branchement (potentiel élevé) pour mesures de tensions, de résistances, de température et de jonction de diodes en liaison avec l’entrée COM (7).

(10) HOLD/OFFSET (touche poussoir) Touche permettant de valider les fonction HOLD ou OFFSET. Un premier appui sur la touche gèle l’affichage en face avant. L’indicateur HOLD (6) est alors allumé. Les touches AUTO, AC-DC, BEEP, et sont inopérantes. Un second appui permet d’accéder au mode relatif. La valeur mémorisée par la fonction HOLD est alors retranchée à chaque mesure avant chaque mesure avant d’être affichée. L’indicateur OFFSET (8) est allumé. Un troisième appui permet de geler la valeur relative. Les indicateur HOLD (6) et OFFSET (8) sont allumés. Un quatrième appui supprime le mode HOLD et OFFSET.

(11) (touche poussoir) Touche permettant de passer à la gamme inférieure.

(12) (touche poussoir) Touche permettant de passer à la gamme supérieure.

(13) RS232 (prise DB9) prise DB9 femelle destinée à la communication RS 232.

(14) AUTO (DEL) Indicateur signalant que le multimètre se trouve en mode AUTOMATIQUE

(15) AUTO (touche poussoir) Touche permettant de basculer de la sélection de gamme AUTO à la sélection de gamme MANUEL et vice-versa.

(16) Zone d’affichage des unités (DEL) cette zone contient l’affichage des unités de mesure.


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(17) AC-DC (touche poussoir) cette touche permet de sélectionner le mode de mesure (DC, RMS AC ou RMS DC+AC)

(18) (touche poussoir) Touche permettant de sélectionner la fonction suivante du multimètre.

(19) (touche poussoir) Touche permettant de sélectionner la fonction précédente du multimètre. A la mise en marche, l’appareil se positionne en fonction voltmètre DC, mode AUTO

5.1.2 Recommandations à l’utilisation

1. Tous les appareils de mesure possèdent deux cordons, un rouge pour le + (positif) et un

noir pour le -(négatif). Cela permet de repérer les polarités.

2. Choisir le calibre approprié : Lorsqu’on ne connaît pas la grandeur à mesurer il faut par

sécurité :

- Mode manuel : se placer sur le plus grand calibre de la gamme à mesurer et de

redescendre progressivement.

- Mode automatique : sélectionner le mode auto pour se positionner automatiquement sur le

calibre adéquat.

3. Sélectionner le type de courant à mesurer, continu ou alternatif. Si on a un doute sur la

nature du signal (alternatif ou continu) se placer par défaut sur alternatif.

4. Brancher l’appareil :

- En parallèle pour mesurer une tension. (voir Figure 4 (a))

- En série pour mesurer une intensité. (voir Figure 4 (b))

Attention ! si vous avez positionné en parallèle un appareil commuté en intensité

vous provoquerez un court-circuit, avec tous les inconvénients encourus pour vous et pour

l’appareil.

- Aux bornes hors tension d’un récepteur pour mesurer une résistance. (voir Figure 4 (c))

(a) (b) (c)

Figure 4 : Branchement du multimètre

Ω


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5.2 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.

Attention ! L’oscilloscope ne peut mesurer que des tensions, il doit donc toujours être

placé en parallèle de la tension à observer.

L’appareil peut afficher le signal de deux manières différentes.

- DC (direct current), la composante continu ainsi que la composante alternative du signal

sont affichées.

- AC (alternative current), seule la composante alternative du signal est affichée amputé de

sa valeur moyenne. (la visualisation n’est donc plus la vraie ! !)

Pour un meilleur affichage, un signal doit toujours occuper la plus grande place possible

sur l’écran, aussi bien horizontalement que verticalement.

5.2.1 Différentes formes des signaux

Figure 5 : Différentes formes des signaux

Sinusoïdal

Carré ou rectangulaire

Triangulaire

Dent de scie

Quelconque (non périodique)


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5.2.2 Précautions à suivre pour le branchement des entrées

a) Problèmes de masse

Les masses de chaque voie de l’oscilloscope sont connectées. Si on utilise des sondes de

tension non isolées pour mesurer de plusieurs signaux en même temps, il faut utiliser un seul

point de masse pour éviter des courts-circuits. Il est donc préférable de connecter un seul fil

de masse.

Exemple :

Figure 6 : Montage 1

On souhaite observer la tension aux bornes de la diode Vab sur la voie 1 et le courant débité

par la source Is sur la voie 2 en relevant la tension aux bornes du shunt (Vbc= R.Is ).

Figure 7 : Branchement incorrect des voies de l’oscilloscope

Il n’est donc pas possible d’utiliser ce type de branchement pour observer deux signaux

simultanément (si les sondes de tension ne sont pas isolées).

Figure 8 : Branchement correct des voies de l’oscilloscope


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On aurait pu, aussi, brancher un seul fil de masse pour faire cette mesure puisque les masses

des voies sont déjà reliées à l’intérieur de l’oscilloscope.

b) Problèmes de mise à la terre

Dans un équipement électrique, toute pièce métallique (ou conductrice) qui est accessible à

l’utilisateur doit être reliée à la terre pour éviter les chocs électriques. Cette règle s’applique

aussi à un oscilloscope. Son boîtier est relié à la terre ainsi que les bornes de masse.

Il faut prendre certaines précautions pour le branchement de l’oscilloscope, si on effectue des

mesures sur un montage qui comporte déjà une mise à la terre.

Exemple :

Figure 9 : Montage 2

Figure 10 : Branchement incorrect des voies de l’oscilloscope

Il n’est donc pas possible d’utiliser ce type de branchement si la sonde de tension n’est pas

isolée.

Figure 11 : Branchement correct des voies de l’oscilloscope

Ce branchement utilise les deux voies de l’oscilloscope. Il faut ensuite effectuer une

composition de signaux (voie 1 - voie 2) pour obtenir la tension aux bornes de la résistance

R1.


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6. Application directe de l'oscilloscope et du générateur de fonctions

Mettre le générateur en marche avec les valeurs suivantes:

- fréquence: 1 KHz

- amplitude: 4V crête à crête

- DC offset: 0,5 V

- forme d'onde: sinus

Branchez la sortie du générateur à l'une des 2 entrées de l'oscilloscope.

Mettez l'oscilloscope en fonction et le sélecteur de l'entrée choisie sur la position GND.

Grâce à la commande "position" de cette même entrée, centrez la ligne du spot sur l'écran.

La position de cette ligne correspond à la valeur 0 V.

Placez ensuite le sélecteur d'entrée en position DC et observez.

Modifiez la valeur de la composante continue du signal en agissant sur le générateur (DC

offset) et observez.

Faites le même essai lorsque le sélecteur d'entrée est sur la position AC. Concluez.

Attention! Les potentiomètres de calibration sont normalement toujours positionnés en

bout de course, à droite (position "CAL"). Dans le cas contraire, l'échelle du sélecteur de

gain correspondant (en Volts/div ou seconde/div) est fausse (cette possibilité peut être utile,

par exemple, pour comparer la forme de deux courbes d'amplitudes différentes).

Etant branché à l'une des entrées de l'oscilloscope, observez l'effet des commandes du

générateur de commandes :

- Fréquence

- Forme

- Amplitude

- Atténuation

- Composante continue (DC offset)


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TP1 : THEOREMES GENERAUX DES RESEAUX

ELECTRIQUES

1. Objectifs Le but de ce TP est d’appliquer les théorèmes généraux des réseaux électriques : théorème de

Thévenin et théorème de Norton

2. Rappels

2.1 Théorème de Thévenin Lorsqu’on branche entre 2 points quelconques A et B d’un réseau linéaire, un dipôle linéaire

D, le circuit se comporte comme un générateur réel de tension vis-à-vis de ce dipôle :

- Sa force électromotrice (EThévenin) est égale à la différence de potentiel existante entre A et

B avant de brancher le dipôle D.

- Son impédance (ZThévenin) est égale à l’impédance équivalente vue par le dipôle entre A et

B, lorsque les sources autonomes sont rendues passives (court-circuiter les sources de

tension et ouvrir les sources de courant).

2.2 Théorème de Norton

Lorsqu’on branche entre 2 points quelconques A et B d’un réseau linéaire, un dipôle linéaire

D, le circuit se comporte comme un générateur réel de courant vis-à-vis de ce dipôle :

- Le courant du générateur de Norton (I Norton) est le courant qui traverse la branche AB en

court-circuit.

- La résistance de Norton ZNorton = ZThévenin .

2.3 Méthode de demi-tension Soit le montage du pont diviseur de tension suivant:


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Figure 1 : Montage du pont diviseur de tension

Si R1 est inconnue, la méthode de demi-tension consiste à remplacer la résistance R2 par une

résistance variable.

- Lorsque 0V : a on 0R AB2 ==

- Lorsque 21

2AB2 RR

REV : a on 0R

+⋅=≠

- Lorsque 2EV : a on RR AB12 ==

Donc, pour déterminer la valeur de la résistance 1R , selon la méthode de demi-tension, on fait

varier R2 jusqu’à obtenir2EV AB = . Il suffit alors de mesurer par un ohmmètre la valeur de

12 R R = .

3. Mesure de tension à vide et en charge

3.1 Schéma du montage

Figure 2 : Pont diviseur de tension

3.2 Etude théorique

− Donner la valeur théorique de la tension à vide du dipôle D (VAB (à vide)) aux bornes de R2

en fonction de R1, R2 et E (voir la figure 1).

Dipôle D


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− On branche en parallèle avec R2 une résistance R3 qui constitue la charge du dipôle D.

Donner la nouvelle valeur théorique de VAB (en charge) en fonction de R1, R2, R3 et E.

3.3 Etude expérimentale

− Réaliser le montage du diviseur de tension de la figure 1.

− Mesurer la tension VAB (à vide).

− Brancher en parallèle avec R2 une résistance R3

− Mesurer la tension VAB (en charge) pour R3 = 3.3 kΩ.

− Refaire la mesure avec une charge R3 = 100 kΩ.

− Comparer les valeurs mesurées pour les deux différentes valeurs de résistances.

4. Application des théorèmes généraux


Figure 2 : Schéma du montage


4.2.1 Application du théorème de Thévenin

− Donner le schéma du générateur de Thévenin équivalent du circuit de la figure 2.

− Donner les expressions de la tension de Thévenin EThévenin et de la résistance RThévenin du

circuit.

− Calculer Eth_Thévenin et Rth_Thévenin.

− Brancher une charge RL aux bornes de A et B.

− A l’aide des grandeurs EThévenin, RThévenin et RL, donner l’expression de la tension VL aux

bornes de RL.

4.2.2 Application du théorème de Norton

− Donner le schéma du générateur de Norton équivalent du circuit de la figure 2.

− Donner l’expression du courant de court-circuit INorton=ICC du circuit.


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− Calculer Ith_Norton et Rth_Noton.

− A l’aide des grandeurs INorton et RNorton, donner l’expression du courant IL qui traverse la

charge RL.

− Comment peut-on passer du schéma équivalent de Thévenin d’un circuit à son schéma

équivalent de Norton et inversement ?

4.3 Etude expérimentale

4.3.1 Application du théorème de Thévenin

− Réaliser le montage de la figure 2, RL déconnectée.

− Mesurer la tension de thévenin Emes_Thévenin.

− Mesurer la résistance de Thévenin RThévenin par deux méthodes :

Application du théorème de Thévenin : Court-circuiter la source E0 (c’est à dire éteindre

la source E0, court-circuiter les points Pet Q). Mesurer la résistance R1mes_Thévenin à l’aide

d’un ohmmètre.

Application de la méthode de la de demi-tension : Remplacer RL par une résistance

variable (potentiomètre). Varier la résistance du potentiomètre jusqu’à ce que la tension

de charge soit égale à EThévenin/2. Débrancher cette résistance de charge et mesurer sa

valeur à l’aide du multimètre, cette valeur est égale à la résistance R 2mes_Thévenin.

− Comparer les deux méthodes de mesure de Rmes_Thévenin.

− Brancher RL entre A et B et mesurer la tension VAB.

− Comparer les valeurs théoriques et mesurées.

4.3.2 Application du théorème de Norton

− Mesurer le courant INorton à l’aide d’un Ampèremètre (méthode directe). Attention !

Brancher l’Ampèremètre en série.

− Déterminer le courant INorton en utilisant un Voltmètre sachant que 3

3Norton R

VI = (méthode

indirecte). Avec V3 est la tension aux bornes de R3.

− Brancher RL entre A et B et mesurer le courant IL par la méthode indirecte sachant que

L

AB

RVI

L= .


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TP 2 : LES QUADRIPOLES

1. Objectifs Le but de ce TP est l’étude des quadripôles passifs en déterminant de différentes méthodes

leurs impédances d’entrée et de sortie.

2. Rappels

On considère un quadripôle passif composé uniquement de résistances. Ce quadripôle est

alimenté par un signal alternatif Ve(t) et débite sur une charge RL (Figure 1).

Figure 1 : Schéma d’un quadripôle

2.1 Schéma équivalent d’un quadripôle Un quadripôle peut être modélisé par un schéma équivalent comme l’indique la figure 2.

Figure 2 : Schéma équivalent du quadripôle

Avec Ze est l’impédance d’entrée du quadripôle, Zs l’impédance de sortie du quadripôle et Vso

est la tension de sortie à vide du quadripôle.


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2.2 Calcul théorique des impédances d’entrée et de sorties d’un quadripôle

0IIVZ S

e

ee == , le courant de sortie est nul ça veut dire que le quadripôle débite sur une

charge à vide.

0IIVZ e

S

SS == , le courant d’entrée est nul ça veut dire que la source de tension qui alimente

le quadripôle est court-circuitée.

2.3 Mesure de l’impédance d’entrée par la méthode de demi-tension Pour déterminer Ze par la méthode de demi-tension, on branche une résistance variable R en

série à l’entrée du quadripôle (Figure 3). Pour déterminer la valeur de l’impédance Ze, on fait

varier R jusqu’à obtenir ( )2

VtV e0

e = .

Figure 3 : Mesure de l’impédance d’entrée par la méthode de demi-tension

2.4 Mesure de l’impédance de sortie

2.4.1 1ère méthode: Théorème de Thévenin

A sa sortie, le quadripôle est équivalent à une impédance de sortie Zs en série avec une ddp

Vso avec un courant en entrée du quadripôle 0Ie = c.à.d que la source d’alimentation (de

tension) est court-circuitée : même circuit équivalent que celui donné par l’application du

théorème de Thévenin, avec Zs est l’impédance du générateur de Thévenin vue à la sortie du

quadripôle et Vso est la tension de Thévenin.

2.4.2 2ème méthode: Méthode de demi-tension

Pour déterminer Zs par la méthode de demi-tension, on charge le quadripôle par une résistance

variable RL (Figure 4).


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Figure 4 : Mesure de l’impédance de sortie par la méthode de demi-tension

Pour déterminer l’impédance de sortie ZS, il faut:

- Mesurer la tension de sortie Vso lorsque le circuit est ouvert (K ouvert).

- Brancher une résistance variable RL à la sortie du quadripôle et la faire varier (K fermé)

jusqu’à obtenir2

VV sos = . Dans ce cas RL=ZS.

3. Etude d’un quadripôle

Les quadripôles en T et en Π sont donnés respectivement par la Figure 5 et 6.

Figure 5 : Quadripôle en T

Figure 6 : Quadripôle en Π


Déterminer l’impédance d’entrée ( )théoriqueZe et l’impédance de sortie ( )théoriqueZs pour

les deux quadripôles en T et en Π.


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3.2 Manipulation

- Réaliser les deux montages du quadripôle en T et puis en Π.

Pour chaque montage :

- Alimenter le quadripôle par un signal alternatif sinusoïdal ( ) ( ) tf2πsin2

VtV e0e ⋅⋅⋅= de

fréquence 1kHz et d’amplitude 6V crête à crête ( )e0V .

- Afficher sur l’oscilloscope la tension d’entrée et de sortie se V et V

- Déterminer les valeurs de l’impédance d’entrée ( )pratiqueZe par la méthode de demi-

tension

- Déterminer les valeurs de l’impédance de sortie ( )pratiqueZs en utilisant les deux

méthodes : théorème de Thévenin et la méthode de demi-tension.

- Comparer vos résultats avec les valeurs théoriques.


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TP 3 : FILTRES

1. Objectifs L’objectif de ce TP consiste à :

- Déterminez la réponse en fréquence d'un filtre Passe-Bas et d'un filtre Passe-Haut.

- Déterminez la réponse en phase du même filtre.

- Tracer ces réponses sur du papier semi-logarithmique.

2. Rappels

2.1 Classification des filtres Cette classification est établie en fonction du domaine de fréquences que transmet le filtre. Si

le filtre transmet toutes les fréquences inférieures ou égales à une certaine valeur fc (fréquence

de coupure) il est dit passe-bas. Si au contraire, il favorise le passage des fréquences égales ou

supérieures à fc le filtre est dit passe-haut. Les filtres passe-bande et coupe-bande sont

destinés comme leur nom l’indique, le premier à laisser passer une bande de fréquence

délimitée par fc1 et fc2, le deuxième au contraire à demeurer hermétique à toutes fréquences

comprises entre fc1 et fc2.

2.2 Représentation de Bode Il s’agit de la double représentation du module et de l’argument de la fonction de transfert :

- Courbe d’amplitude: ( )ωjT20A log⋅=

- Courbe de phase: ( )[ ]ωϕ jTarg=

où A est en dB, ϕ en ° et où ω es reporté en échelle logarithmique

2.3 Echelle logarithmique Dans notre cas l’utilisation d’une représentation linéaire des fréquences n’est pas satisfaisante,

on utilise alors une représentation logarithmique .La graduation qui couvre le passage de 1 à

10 (appelé décade) est identique à celle qui couvre le passage de 10 à 100 ou de 100 à 1000

…


28



Si sur l’autre axe les graduations sont linéaires le papier est dit semi-logarithmique.

2.4 Diagrammes asymptotiques

Elle consiste à faire une approximation des courbes d’amplitude et de phase par des tracés

asymptotiques appelés Diagrammes asymptotiques.

On calcule les valeurs limites pour ∞→→ ωω et 0 , ainsi que le point d’intersection des

asymptotes.

3. Etude d’un filtre

3.1 Schéma des montages Les filtres passe-bas et passe-haut sont donnés respectivement par la figure 1 et 2.

Figure 1 : Filtre Passe-Bas

Figure 2 : Filtre Passe-Haut

1 10 100 1000


29



3.2 Etude théorique Pour chaque filtre :

- Déterminer l’expression de la fonction de transfert : ( )VeVsjT =ω

- Mettre la fonction de transfert du filtre Passe-Bas sous la forme : ( )

0

j1

1jT

ωω

ω+

=

- Mettre la fonction de transfert du filtre Passe-Haut sous la forme : ( )

ωω

ω0j1

1jT−

=

- Déterminer la fréquence de coupure 0f

- Calculer le gain et la phase de ( )ωjT

- Déterminer les courbes asymptotiques de la courbe de gain

- Déterminer les courbes asymptotiques de la courbe de phase

3.3 Etude expérimentale Réaliser le montage du filtre passe-bas (figure 1) et le montage du filtre passe-haut (figure 2).

Pour chaque montage :

- Alimenter le filtre par un signal alternatif sinusoïdal ( ) ( ) tf2πsin2

Vte e0g ⋅⋅⋅= .

- Afficher sur l’oscilloscope la tension d’entrée et de sortie Ve et Vs.

- Tracer sur une même feuille les deux courbes : asymptotique et expérimentale du gain en

fonction de la fréquence ( ( )f20G log⋅= )

- Tracer sur une même feuille les deux courbes : asymptotique et expérimentale de la

phase en fonction de la fréquence ( ( )f20 log⋅=ϕ )

- Vs est-elle en avance ou en retard par rapport à Ve? Expliquer

- Déterminer la fréquence de coupure et la bande passante des deux filtres (par la mesure et

à partir des courbes). Comparer avec les valeurs théoriques.


30



TP4 : CIRCUITS A DIODES

1. Objectifs Le but de ce TP est de montrer quelques montages simples et classiques faisant intervenir les

propriétés essentielles des diodes et leurs principales applications.

2. Rappels

2.1 Définition

La diode est un dipôle non linéaire à semi-conducteur, constituée de 2 pôles: Anode (A) et

Cathode (K).

≈

La diode possède donc 2 régimes de fonctionnement :

- si elle laisse passer le courant, on dit qu’elle est passante.

- si elle ne laisse pas passer le courant, on dit qu’elle est bloquée.

Ces régimes vont dépendre de la tension VAK aux bornes de la diode et du courant Id qui

traverse la diode. La différence de potentiel suffisante pour rendre la diode passante est

appelée tension de seuil (Ed).

- Si VAK< Ed alors la diode est bloquée

- Si VAK > Ed et Id > 0 alors la diode est passante.

2.2 Caractéristique Id=f(Vd)

Id

VdEd

Ed: Tension de seuil. IFM: Valeur crête limite du courant direct VBR: Tension de claquage inverse

VAK=Vd

Id


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Remarque : la tension de seuil dépend du matériau semi-conducteur utilisé (typiquement, Ed

vaut 0,7V pour des diodes en silicium).

2.3 Modèle équivalent

Cas Idéal Cas réel

3. Redressement simple alternance


Figure 1: Redresseur simple alternance

3.2 Etude théorique Diode passante :

− Donner le schéma équivalent du montage donné par la figure1 en remplaçant la diode D

par Rd et Ed.

− A partir de ce schéma, donner l’expression de Vs(t).

− Déterminer l’expression du courant I qui parcourt la diode en fonction de R, Rd, Ve et Ed.

− Déduire la condition sur Ve pour que la diode soit passante.

Diode bloquée :

− Donner le schéma équivalent du montage donné par la figure 1.

− A partir de ce schéma, donner l’expression de Vs(t) et du courant I.

Vd Vd

Vd

Id

Vd Vd

Rd Ed

Vd

Id

Ed


32



− Déduire la condition sur Ve pour que la diode soit bloquée.

3.3 Manipulation

− Réaliser le montage de la figure 1.

− Afficher sur l’oscilloscope les tensions d’entrée et de sortie Ve (t) et Vs(t).

− Représenter les signaux affichés.

− Placer un condensateur en parallèle avec R et visualiser Ve (t) et Vs(t) sur l’oscilloscope et

représenter la forme de Vs(t) pour différentes valeurs de C (1 µF ; 100 µF).

− Comparer les deux représentations et déduire l’intérêt du branchement du condensateur.

− Mesurer pour chaque cas le taux d’ondulation ζ = moyVV∆

Avec: MINMAX VVV −=∆ et 2

VVV MINMAXmoy

+= ,

− Interpréter dans chaque cas vos résultats.

4. Redressement double alternance


Figure 2 : Redresseur double alternance


− Donner le schéma du montage en détaillant le pont de diodes (D1, D2, D3 et D4).

− Indiquer le chemin du courant (en précisant les diodes passantes) dans les deux cas :

alternance positive de Ve(t) et alternance négative de Ve(t).

4.3 Manipulation

− Réaliser le montage de la Figure 2.

− Afficher sur l’oscilloscope les tensions d’entrée et de sortie Ve(t) et Vs(t).

Attention ! Il ne faut pas afficher Ve(t) et Vs(t) en même temps (Problème de masses).


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− Représenter Vs(t).

− Placer un condensateur en parallèle avec R, visualiser Vs(t) sur l’oscilloscope et

représenter la forme de Vs(t) pour différentes valeurs de C (1 µF ; 100 µF).

− Mesurer pour chaque cas le taux d’ondulation ζ.

− Comparer avec les valeurs obtenues dans le cas d’un redressement simple alternance.

5. Circuit écrêteur

5.1 Circuit écrêteur 1

5.1.1 Schéma du montage

Figure 3: Circuit écrêteur 1

5.1.2 Etude théorique Diode passante :

− Donner le schéma équivalent du montage donné par la figure 3 en remplaçant la diode D

par son modèle équivalent.


− Déterminer l’expression du courant I qui parcourt la diode en fonction de R, Rd, Ve, E0 et

Ed.

− Déduire la condition sur Ve pour que la diode soit passante.

Diode bloquée :

− Donner le schéma équivalent du montage donné par la figure 3 en remplaçant la diode par

son modèle équivalent.


− Déduire la condition sur Ve pour que la diode soit bloquée.


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− Inverser la polarité de E0 et refaire la même étude. Expliquer vos constatations.

5.1.3 Manipulation − Réaliser le montage de la figure 3.



− Inverser la polarité de E0.



− Expliquer vos constatations.

− Donner l’intérêt de l’utilisation de ce circuit écrêteur.

5.2 Circuit écrêteur 2 (Diodes têtes bêches)

5.2.1 Schéma du montage

Figure 4 : Circuit écrêteur 2

5.2.2 Etude théorique 1èr cas: Alternance positive (I>0) : D2 est bloquée

D1 est passante:

− Donner le schéma équivalent du montage donné par la figure 4 en remplaçant les diodes

D1 et D2 par leurs modèles équivalents.


− Déterminer l’expression du courant I qui parcourt la diode en fonction de R, Rd1, Ve et Ed1.

− Déduire la condition sur Ve pour que la diode D1 soit passante.

D1 est bloquée:




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− Déduire la condition sur Ve pour que la diode D1soit bloquée.

2ème cas: Alternance négative (I<0) : D1 est bloquée

D2 est passante:




− Déterminer l’expression du courant I qui parcourt la diode en fonction de R, Rd2, Ve et Ed2.

− Déduire la condition sur Ve pour que la diode D2 soit passante.

D2 est bloquée:




− Déduire la condition sur Ve pour que la diode D2 soit bloquée.

5.2.3 Manipulation − Réaliser le montage de la figure 4

− Afficher sur l’oscilloscope la tension d’entrée et de sortie Ve(t) et Vs(t).


− Interpréter ces courbes.

− Déduire l’intérêt de l’utilisation de ce circuit écrêteur.

Documents

tpelectronique.pdf