Sciences Physiques : La production d'électricité
L'oscilloscope et l'oscillogramme
1. Introduction
Un oscillographe est un voltmètre munie d'une horloge. Lorsqu'on
alimente un oscillographe d'une tension à mesurer, il ne
change jamais la valeur de cette tension. Il ne permet que de
la visulaiser. Le graphique sur un oscillographe est apppelé un
oscillogramme.
Agir sur les boutons vitesse de balayage (de base de temps) ou de sensibilité verticale (calibres) ne change rien à la tension appliquée ; c'est seulement la visualisation de cette tension qui est différente. Il faut régler ces boutons de façon à visualiser la tension le plus efficacement possible.
On utilse l'oscilloscope à chaque fois qu'on a besoin d'analyser
une tension au cours du temps. On le trouve aux laboratoires d'étude, aux
hôpitaux pour mesurer l'activité cardiaque, c'est à dire la tension électrique auxquelle le cœur est soumis.
Lorsque l'oscilloscope est débranché, il n'apparait aucun
signal sur son écran.
Lorsque l'oscilloscope est allumé, il apparait un point
au centre de l'écran qu'on appelle le spot.
2. Le balayage d'un oscilloscope
2.1. Définitions
Si on enclenche le balayage de l'oscilloscope,
le spot se déplace de la gauche vers la droite de l'écran.
Le bouton de vitesse de balayage est souvent noté Time/div.
Il permet de régler la vitesse de déplacement du spot. Lorsque la vitesse de balayage est faible, on observe le deplacement du spot. Mais
lorsque la vitesse est grande, l'œil humain ne perçoit plus le mouvement et voit une ligne horizontale fixe.
La vitesse de balayage s'exprime en général en millisecondes par division horizontale: ms/div.
2.2. Exemple
L'oscilloscope contient en géneral 10 divisions horizontales.
Un balayage de 10 ms/div signifie que le spot met 10 ms
pour parcourir une division horizontale. le spot met donc
100 ms pour parcourir l'écran, de gauche à droite.
3. Visualiser une tension continue
3.1. Définitions
Si on branche aux bornes d'un oscilloscope
un générateur de tension continue; le spot dévie
verticalement et reste sur une position fixe.
si on inverse les bornes du générateur, on observe que
le spot dévie vers le dessous de l'axe central, ce qui signifie
que la tension mesurée est négative.
Plus la tension appliquée est grande, plus la déviation
verticale est importante. Ainsi la déviation verticale est
proportionnelle à la tension appliquée.
Le bouton de l'oscilloscope appelé sensibilité verticale (noté V/div) indique à combien de volts correspond une division verticale.
Ainsi on mesure la tension appliquée aux bornes de l'oscilloscope.
En général un oscilloscope compte seulement 4 divisions pour
lire une tension. Chaque division (ou carreau comporte
5 sous-divisions)
3.2. Exemple
On branche l'oscillographe sur
un génerateur de tension continue égale à
6 V.
Si on règle la sensibilité verticale sur 2V/div, si le spot
se situe à 3 divisions verticales au-dessus de l'axe central,
la tension appliquée est de 2 × 3 = 6 V.
Avec une sensibilité verticale réglée sur 1V/div, le spot se
situe à 6 divisions au-dessus de l'axe central; il ne
se voit plus.
4. Visualiser une tension alternative
4.1. Définitions
On branche maintenant aux bornes de l'oscilloscope un
générateur de tension alternative. La courbe obtenue
n'est plus une ligne horizontale comme le cas d'une
tension continue.
La courbe prend des valeurs positives et négatives.
Comme dans le cas d'une tension continue, la déviation verticale
appelée varie proportionnellement à la tension du générateur.
On utilise trois différentes formes de tensions alternatives
périodiques: sinusoïdales, triangulaires ou en créneaux.
5. Mesures sur un oscilloscope
5.1. Mesurer la période
La période d'une tension périodique est le plus petit intervalle de temps au bout duquel elle se reproduit identique à elle-même. On la note T, et s'exprime et secondes.
La lecture d'une période sur un oscillographe est:
T = base de temps × nombre de carreaux horizontaux.
Exemple:
Si on considère une tension sinusoïdale correspondant à 4 carreaux
horizontaux., et si on règle la base de temps à 5ms/div, alors T
= 4 × 5 = 20 ms.
5.2. Mesure d'une fréquence
La fréquence d'une tension périodique est le nombre de
répétitions de la tension, identique à elle-même, par unité de temps. On la note ƒ en Hertz de symbole Hz.
La fréquence d'une tension périodique est l'inverse de sa période, soit:
ƒ = 1/T avec ƒ en Hz et T en s.
Bien noter que T est en secondes.
Exemple:
Pour une tension sinusoïdale de période T = 16.67 ms = 0,01667 s, on a:
ƒ = 1/0,0167 = 60 Hz. La fréquence est donc de 60Hz.
5.3. Mesure de la valeur maximale de la tension
La tension maximale ou amplitude Umax d'une tension périodique est la plus grande valeur que prend cette tension au cours du temps. On la note Umax.
Umax = calibre de tension × nombre de carreaux verticaux.
Exemple:
Pour une tension sinusoïdale d'amplitude Umax correspondant à 3 carreaux., et un calibre de tension réglé à 5V/div, on aura:
Um = 3 x (5V/div) = 15 V.
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