MAINTENANCE CURATIVE (partie 3/4)

## TD/ TP mesures des différentes grandeurs électriques et pysiques ### Introduction Bienvenue à ce Travaux Dirigés/Pratiques dédié aux mesures en électronique et en physique. Dans le monde de l'électronique, la capacité à mesurer avec précision diverses grandeurs est fondamentale. Que ce soit pour vérifier le bon fonctionnement d'un circuit, diagnostiquer une panne, ou concevoir de nouveaux systèmes, il est essentiel de maîtriser les outils et les méthodes de mesure. Ce cours vous guidera à travers les concepts clés et les applications pratiques de la mesure des grandeurs électriques comme la tension, le courant, la résistance, et de certaines grandeurs physiques courantes. ### Concepts Clés #### 1. Mesures Électriques Fondamentales ##### 1.1. La Tension Électrique (Voltage) La tension électrique, souvent appelée voltage, est la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit. Elle est la force qui "pousse" les électrons à se déplacer. * **Symbole:** \( U \) (parfois \( V \)) * **Unité:** Le Volt (\( V \)) * **Instrument de mesure:** Le Voltmètre (intégré dans un multimètre) * **Branchement:** Toujours en **parallèle** avec l'élément dont on veut mesurer la tension. ##### 1.2. Le Courant Électrique (Ampérage) Le courant électrique est le débit d'électrons circulant à travers un conducteur. C'est la quantité d'électrons qui passe par un point donné du circuit par unité de temps. * **Symbole:** \( I \) (parfois \( A \)) * **Unité:** L'Ampère (\( A \)) * **Instrument de mesure:** L'Ampèremètre (intégré dans un multimètre) * **Branchement:** Toujours en **série** dans le circuit, ce qui signifie que le courant doit traverser l'ampèremètre. ##### 1.3. La Résistance Électrique La résistance électrique est la capacité d'un matériau à s'opposer au passage du courant électrique. Elle transforme l'énergie électrique en chaleur. * **Symbole:** \( R \) * **Unité:** L'Ohm (\( \Omega \)) * **Instrument de mesure:** L'Ohmmètre (intégré dans un multimètre) * **Branchement:** L'élément à mesurer doit être **hors tension** et **isolé** du circuit. ##### 1.4. La Puissance Électrique La puissance électrique est la quantité d'énergie consommée ou fournie par un circuit par unité de temps. * **Symbole:** \( P \) * **Unité:** Le Watt (\( W \)) * **Formule:** La puissance est le produit de la tension par le courant: \[ P = U \times I \] * **Instrument de mesure:** Le Wattmètre (souvent déduit à partir des mesures de \( U \) et \( I \)) ##### 1.5. La Continuité La continuité est la vérification qu'il existe un chemin électrique complet entre deux points, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de coupure dans le circuit. Un ohmmètre peut être utilisé en mode continuité (souvent symbolisé par une icône de sonnerie). #### 2. Mesures Physiques Courantes ##### 2.1. La Température La température est une mesure de l'agitation thermique des particules d'un corps. * **Unité:** Degré Celsius (\( ^\circ C \)) ou Kelvin (\( K \)) * **Capteurs courants:** Thermistance (résistance variable avec la température), Thermocouple. * **Mesure:** Utilisation d'un multimètre avec fonction thermomètre ou d'un thermomètre dédié. ##### 2.2. La Luminosité La luminosité est l'intensité de la lumière perçue. * **Unité:** Lux (\( lx \)) * **Capteurs courants:** LDR (Light Dependent Resistor - résistance dépendante de la lumière), Photodiode, Phototransistor. * **Mesure:** Un luxmètre ou un multimètre avec une fonction de mesure de luminosité peut être utilisé en conjonction avec un capteur. #### 3. L'Oscilloscope L'oscilloscope est un instrument graphique qui affiche les variations de tension en fonction du temps. Il est indispensable pour analyser les signaux variables (alternatifs). * **Fonction:** Visualiser des formes d'onde (sinusoïdales, carrées, triangulaires, etc.), mesurer des fréquences, des périodes, des amplitudes. * **Grandeurs mesurées:** Tension crête à crête, période \( T \), fréquence \( f \) (\( f = 1/T \)). ### Vocabulaire Clé * **Multimètre:** Appareil de mesure multifonction (voltmètre, ampèremètre, ohmmètre). * **Voltmètre:** Appareil de mesure de la tension. * **Ampèremètre:** Appareil de mesure du courant. * **Ohmmètre:** Appareil de mesure de la résistance. * **Oscilloscope:** Instrument de visualisation des formes d'onde de tension en fonction du temps. * **Calibre:** La plage de mesure sélectionnée sur un instrument. * **Bornes:** Points de connexion sur un appareil ou un composant. * **Circuit en série:** Composants branchés l'un à la suite de l'autre; le courant est le même partout. * **Circuit en parallèle (dérivation):** Composants branchés entre les mêmes deux points; la tension est la même à leurs bornes. * **Continuité:** Présence d'un chemin électrique ininterrompu. * **Court-circuit:** Connexion accidentelle entre deux points d'un circuit qui devraient être séparés, provoquant un courant excessif. * **Circuit ouvert:** Interruption d'un circuit, empêchant le courant de circuler. * **Sonde:** Accessoire de mesure, souvent utilisé avec l'oscilloscope ou le multimètre, pour établir le contact avec le circuit. ### Exemples Pratiques 1. **Mesure de tension aux bornes d'une résistance:** * Prenez un circuit simple avec une source de tension et une résistance. * Sélectionnez la fonction Voltmètre (\( V \) continu ou alternatif selon la source) sur le multimètre. * Connectez les sondes du multimètre en parallèle aux bornes de la résistance. * Lisez la valeur affichée. 2. **Mesure de courant traversant une LED:** * Prenez un circuit avec une source de tension, une résistance et une LED. * Sélectionnez la fonction Ampèremètre (\( A \) continu) sur le multimètre et le calibre approprié (par exemple, mA). * **Ouvrez le circuit** (déconnectez un fil) à l'endroit où vous voulez mesurer le courant. * Connectez le multimètre en série, de manière à ce que le courant traverse ses bornes. * Lisez la valeur affichée. 3. **Vérification de la continuité d'un fil:** * Sélectionnez la fonction Continuité sur le multimètre. * Touchez les deux extrémités du fil avec les sondes du multimètre. * Si le multimètre émet un signal sonore et/ou affiche une très faible résistance (proche de zéro), le fil est continu. 4. **Observation d'un signal alternatif avec l'oscilloscope:** * Connectez la sonde de l'oscilloscope à la sortie d'un générateur de fonctions (produisant un signal sinusoïdal). * Ajustez la base de temps (\( s/div \)) et la déflexion verticale (\( V/div \)) pour visualiser une forme d'onde stable. * Mesurez la période \( T \) (le temps pour un cycle complet) et l'amplitude (tension crête). * Calculez la fréquence \( f = 1/T \). ### Exercices (TD/TP) 1. **Identification de connexion:** Pour mesurer la tension aux bornes d'une ampoule dans un circuit alimenté par une pile, comment devez-vous brancher le voltmètre? Dessinez le schéma. 2. **Choix du calibre:** Vous prévoyez de mesurer une tension d'environ 9V. Quels calibres (parmi 2V, 20V, 200V) choisiriez-vous sur votre multimètre pour une précision optimale? Justifiez. 3. **Lecture de multimètre:** Un ohmmètre affiche "OL" (Over Load) lorsque ses sondes sont en l'air et "0.00 \( \Omega \)" lorsqu'elles sont en contact. Que signifient ces lectures? 4. **Calcul de puissance:** Un moteur fonctionne sous une tension de 12V et consomme un courant de 0.5A. Quelle est sa puissance électrique consommée? \[ P = U \times I \] 5. **Mesure de la valeur d'une résistance:** Décrivez les étapes complètes pour mesurer la valeur d'une résistance déconnectée d'un circuit. ### Devoir (À la maison) 1. **Recherche et Comparaison:** Recherchez trois types de capteurs physiques (autres que la température ou la luminosité) utilisés en électronique. Décrivez brièvement leur principe de fonctionnement et leur application. 2. **Schéma de montage:** Dessinez un schéma de circuit où vous montreriez comment mesurer simultanément la tension aux bornes d'une résistance et le courant qui la traverse, à l'aide d'un voltmètre et d'un ampèremètre. 3. **Différence AC/DC:** Expliquez la différence entre la mesure d'une grandeur électrique en courant continu (DC) et en courant alternatif (AC). Donnez un exemple de chaque. 4. **Sécurité:** Listez au moins trois règles de sécurité importantes à respecter lors de l'utilisation d'instruments de mesure électrique. ### Résumé Ce TD/TP nous a permis de comprendre l'importance des mesures en électronique. Nous avons exploré les grandeurs électriques fondamentales telles que la tension, le courant, la résistance et la puissance, ainsi que des méthodes pour mesurer des grandeurs physiques comme la température et la luminosité. La maîtrise du multimètre (voltmètre, ampèremètre, ohmmètre) et de l'oscilloscope est essentielle pour toute personne travaillant avec des circuits électroniques. N'oubliez jamais les règles de sécurité, le bon branchement des appareils (parallèle pour la tension, série pour le courant, composant isolé pour la résistance) et le choix du calibre approprié pour des mesures précises et fiables. Ces compétences sont la base du diagnostic, de la conception et de la maintenance en électronique. ## TP identification de la base de temps ### Introduction En électronique, la précision et la synchronisation sont essentielles au bon fonctionnement des circuits. Imaginez une horloge qui ne tourne pas à la bonne vitesse ou des feux de signalisation qui changent au hasard ! C'est là qu'intervient la *base de temps*. Ce circuit fondamental est le cœur rythmique de nombreux systèmes électroniques, fournissant le "tempo" nécessaire à toutes les opérations. Dans ce TP (Travaux Pratiques), nous allons apprendre à identifier ce composant crucial et à diagnostiquer son fonctionnement, une compétence indispensable en maintenance curative. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'une base de temps ? Une base de temps est un circuit électronique qui génère un signal périodique, c'est-à-dire un signal qui se répète régulièrement. Ce signal est souvent appelé signal d'horloge ou pulsation. Son rôle principal est de : * **Synchroniser** les différentes parties d'un système numérique. * **Cadencer** les opérations, comme l'exécution d'instructions par un microcontrôleur. * Fournir une **référence temporelle** pour la mesure ou le contrôle. #### Composants courants des bases de temps Plusieurs types de composants peuvent être utilisés pour construire une base de temps, chacun ayant ses propres caractéristiques de précision et de stabilité. ##### Oscillateurs à quartz Les oscillateurs à quartz sont les plus répandus pour les applications nécessitant une grande précision et stabilité (horloges, microcontrôleurs, communications). Ils utilisent un cristal de quartz qui vibre à une fréquence très stable lorsque soumis à une tension électrique (effet piézoélectrique). * **Avantages :** Très stable, très précis. * **Inconvénients :** Fréquence fixe (ou peu ajustable), plus cher. ##### Circuits RC (Résistance-Condensateur) Ces circuits utilisent la charge et la décharge d'un condensateur à travers une résistance pour générer un signal oscillant. Ils sont moins précis que les oscillateurs à quartz mais sont simples à mettre en œuvre et permettent de créer des fréquences plus basses et ajustables. * **Avantages :** Simple, peu coûteux, fréquence ajustable. * **Inconvénients :** Moins stable, moins précis, sensible aux variations de température. ##### Circuits intégrés dédiés (ex: NE555) Des circuits intégrés comme le célèbre timer NE555 sont conçus spécifiquement pour générer des signaux d'horloge. Ils peuvent être configurés en mode monostable (une seule impulsion) ou astable (oscillation continue) et sont très polyvalents. * **Avantages :** Polyvalent, relativement stable, simple à utiliser. * **Inconvénients :** Moins précis que le quartz pour certaines applications. #### Caractéristiques d'une base de temps Pour caractériser une base de temps, on s'intéresse principalement à : * **Fréquence (\(f\)) :** Le nombre de cycles par seconde, mesurée en Hertz (\(Hz\)). C'est l'inverse de la période. \[ f = \frac{1}{T} \] * **Période (\(T\)) :** La durée d'un cycle complet du signal, mesurée en secondes (\(s\)). \[ T = \frac{1}{f} \] * **Stabilité :** La capacité de la fréquence à rester constante dans le temps et malgré les variations de température ou de tension d'alimentation. * **Forme d'onde :** Généralement carrée pour les applications numériques, mais peut être sinusoïdale. #### Identification et diagnostic en maintenance En maintenance, il est crucial de pouvoir identifier si une base de temps est la cause d'un dysfonctionnement. ##### Symptômes d'une base de temps défectueuse * L'appareil ne démarre pas du tout. * Fonctionnement erratique, instable, ou ralenti. * Problèmes de synchronisation (par exemple, affichage clignotant, communication défaillante). * Réinitialisations intempestives. ##### Outils d'identification * **Oscilloscope :** L'outil le plus polyvalent. Il permet de visualiser la forme d'onde, de mesurer sa période, son amplitude et de vérifier sa stabilité. * **Fréquencemètre :** Permet une mesure très précise de la fréquence du signal. * **Multimètre :** Utilisé pour vérifier les tensions d'alimentation des composants de la base de temps (ex: le NE555, l'amplificateur de l'oscillateur à quartz). ##### Procédure de test simplifiée 1. **Vérifier l'alimentation :** Assurez-vous que le circuit de la base de temps est correctement alimenté. 2. **Localiser l'oscillateur :** Identifiez le composant ou le circuit qui génère le signal d'horloge sur la carte électronique. 3. **Connecter l'oscilloscope :** Placez la sonde de l'oscilloscope sur la sortie de l'oscillateur ou aux bornes du quartz. 4. **Observer le signal :** Vérifiez la présence du signal. Sa forme d'onde est-elle correcte (généralement carrée ou sinusoïdale) ? Est-il stable ou y a-t-il des perturbations ? 5. **Mesurer la fréquence/période :** Utilisez les fonctions de l'oscilloscope ou un fréquencemètre pour mesurer la fréquence et comparez-la à la valeur attendue (souvent indiquée sur le quartz ou dans la documentation du composant). ### Vocabulaire * **Base de temps :** Circuit qui génère un signal électrique périodique pour la synchronisation des opérations. * **Oscillateur :** Circuit électronique qui produit un signal périodique sans aucune entrée de signal externe. * **Quartz :** Cristal piézoélectrique utilisé dans les oscillateurs pour sa grande stabilité et précision de fréquence. * **Fréquence (\(f\)) :** Nombre de répétitions d'un phénomène périodique par unité de temps, mesurée en Hertz (\(Hz\)). * **Période (\(T\)) :** Durée d'un cycle complet d'un phénomène périodique. * **Synchronisation :** Action de faire coïncider dans le temps des événements ou des opérations. * **Dérive :** Variation lente et indésirable de la fréquence d'un oscillateur au fil du temps ou suite à des changements environnementaux. ### Exemples #### Exemple 1 : Mesure de la fréquence d'un oscillateur à quartz avec un oscilloscope Vous travaillez sur une carte mère de microcontrôleur. Vous localisez un oscillateur à quartz de 10 MHz. Vous branchez la sonde de votre oscilloscope sur la sortie de l'oscillateur. L'oscilloscope affiche un signal carré et vous mesurez une période \( T = 100 \) \( ns \) (nanosecondes). Calcul de la fréquence : \[ f = \frac{1}{T} = \frac{1}{100 \times 10^{-9} \, s} = 10 \times 10^6 \, Hz = 10 \, MHz \] La fréquence mesurée (10 MHz) correspond à la valeur attendue. L'oscillateur fonctionne correctement. #### Exemple 2 : Identification d'une base de temps défectueuse Un appareil ne démarre plus. En mesurant la tension d'alimentation de l'oscillateur, tout est correct. En plaçant la sonde de l'oscilloscope sur la sortie de l'oscillateur à quartz, vous n'observez *aucun signal* ou un signal *très faible et déformé*. Cela indique très probablement une défaillance de la base de temps (l'oscillateur à quartz lui-même ou le circuit d'amplification associé). Le remplacement de ce composant serait la prochaine étape. ### Exercices 1. Quel est le rôle principal d'une base de temps dans le fonctionnement d'un microcontrôleur ? 2. Nommez deux composants couramment utilisés pour fabriquer une base de temps, et décrivez un avantage de chacun. 3. Si un oscilloscope affiche un signal avec une période de \( 250 \) \( ns \), quelle est la fréquence de ce signal ? (Détaillez votre calcul). 4. Décrivez deux symptômes qui pourraient vous faire penser qu'une base de temps est défaillante sur un appareil électronique. ### Devoir à la maison 1. Recherchez et expliquez brièvement le principe de fonctionnement de l'effet piézoélectrique, qui est à la base des oscillateurs à quartz. 2. Trouvez un schéma électronique d'un circuit à base de NE555 configuré en mode astable (oscillateur). Identifiez sur le schéma les composants (résistances, condensateurs) qui déterminent la fréquence de l'oscillation. 3. En maintenance, quel est l'avantage principal d'utiliser un fréquencemètre plutôt qu'un oscilloscope pour obtenir une mesure *précise* de la fréquence d'une base de temps ? ### Résumé La base de temps est un élément vital dans presque tous les circuits électroniques numériques, agissant comme le métronome qui assure la bonne synchronisation et le bon cadencement des opérations. Savoir l'identifier, comprendre son fonctionnement et être capable de diagnostiquer ses pannes est une compétence fondamentale en électronique et en maintenance curative. L'oscilloscope et le fréquencemètre sont les outils indispensables pour ces tâches, permettant de vérifier la présence, la forme, la période et la fréquence du signal généré par la base de temps. ## TP utilisation de l’oscilloscope pour la mesure des tension et courant continus et alternatifs ### Introduction Dans ce Travaux Pratiques (TP), nous allons explorer l'oscilloscope, un instrument essentiel en électronique. Nous apprendrons à l'utiliser pour visualiser et mesurer différentes caractéristiques des tensions (continues et alternatives) et des courants dans un circuit. Ce TP vous donnera les compétences fondamentales pour dépanner et analyser des signaux électriques. ### Concepts Clés #### L'oscilloscope : Un outil de visualisation * **Définition :** Un oscilloscope est un appareil de mesure électronique qui permet de visualiser graphiquement l'évolution d'un signal électrique (généralement une tension) en fonction du temps. Il affiche une courbe appelée "oscillogramme" sur un écran. * **Principe :** Il convertit le signal électrique en un faisceau d'électrons qui "dessine" la forme d'onde sur un écran phosphorescent (analogique) ou numérique. #### Composants et Commandes Principaux * **Écran :** Affiche l'oscillogramme. Il est divisé en graticules (carreaux) pour faciliter les mesures. * **Axe vertical (Amplitude) :** Représente la tension. Il est contrôlé par le réglage **Volts/div (Calibre vertical)**, qui détermine la tension représentée par chaque division verticale. * **Axe horizontal (Temps) :** Représente le temps. Il est contrôlé par le réglage **Temps/div (Base de temps)**, qui détermine la durée représentée par chaque division horizontale. * **Couplage (AC/DC/GND) :** * **DC (Direct Current) :** Permet de visualiser le signal complet, y compris sa composante continue. * **AC (Alternating Current) :** Bloque la composante continue et n'affiche que la composante alternative du signal. * **GND (Ground) :** Connecte l'entrée à la masse, affichant une ligne de référence à 0 Volt. * **Position :** Permet de déplacer la trace verticalement et horizontalement sur l'écran. * **Sondes :** Permettent de connecter l'oscilloscope au circuit à tester. Elles ont souvent un facteur d'atténuation (ex: X1, X10). #### Mesure des Tensions Continues (DC) Une tension continue (DC) est une tension dont la valeur reste constante au cours du temps. L'oscilloscope l'affiche comme une ligne horizontale. ##### Procédure de mesure 1. Connectez la sonde au point de mesure de la tension continue. 2. Sélectionnez le couplage **DC** sur l'entrée de l'oscilloscope. 3. Réglez le **Volts/div** pour que la ligne soit bien visible et occupe une partie significative de l'écran. 4. Utilisez le réglage de **position verticale** pour aligner la ligne de référence (0 V) avec un graticule horizontal principal. 5. Lisez le nombre de divisions verticales entre la ligne de référence et la trace du signal. ##### Calcul La tension continue \( U_{DC} \) est calculée comme suit : \[ U_{DC} = \text{Nombre de divisions verticales} \times \text{Calibre vertical (V/div)} \] #### Mesure des Tensions Alternatives (AC) Une tension alternative (AC) est une tension dont la valeur varie périodiquement au cours du temps. La forme la plus courante est la sinusoïde. ##### Caractéristiques à mesurer * **Tension crête (\( U_p \) ou \( U_{max} \)) :** La valeur maximale que la tension atteint par rapport à zéro. * **Tension crête à crête (\( U_{pp} \)) :** La différence entre la valeur maximale positive et la valeur maximale négative. Pour un signal symétrique, \( U_{pp} = 2 \times U_p \). * **Période (\( T \)) :** La durée d'un cycle complet du signal, mesurée en secondes (s). * **Fréquence (\( f \)) :** Le nombre de cycles par seconde, mesurée en Hertz (Hz). La fréquence est l'inverse de la période : \( f = \frac{1}{T} \). * **Tension efficace (\( U_{eff} \)) :** La valeur équivalente d'une tension continue qui produirait le même échauffement dans une résistance. Pour un signal sinusoïdal pur, \( U_{eff} = \frac{U_p}{\sqrt{2}} \). ##### Procédure de mesure 1. Connectez la sonde au circuit. 2. Sélectionnez le couplage **AC** ou **DC** (AC pour éliminer la composante DC, DC si vous voulez voir la tension complète). 3. Ajustez le **Volts/div** et le **Temps/div** pour obtenir une ou deux périodes complètes du signal bien centrées sur l'écran. 4. Mesurez la déviation verticale maximale (en divisions) du signal par rapport à l'axe zéro pour \( U_p \). 5. Mesurez le nombre de divisions horizontales pour un cycle complet du signal pour \( T \). ##### Calculs * Tension crête (\( U_p \)) : \[ U_p = \text{Déviation verticale maximale (div)} \times \text{Calibre vertical (V/div)} \] * Période (\( T \)) : \[ T = \text{Nombre de divisions horizontales pour un cycle} \times \text{Base de temps (s/div)} \] * Fréquence (\( f \)) : \[ f = \frac{1}{T} \] * Tension efficace (\( U_{eff} \)) (pour signal sinusoïdal) : \[ U_{eff} = \frac{U_p}{\sqrt{2}} \] #### Mesure des Courants (DC et AC) L'oscilloscope ne mesure pas directement le courant. On utilise la loi d'Ohm en mesurant la tension aux bornes d'une résistance de faible valeur (appelée **résistance shunt**) insérée en série dans le circuit. ##### Procédure de mesure 1. Insérez une résistance shunt (\( R_s \)) de valeur connue et faible (par exemple \( 1 \Omega \) ou \( 10 \Omega \)) en série dans le circuit où le courant doit être mesuré. 2. Mesurez la tension (\( U_{shunt} \)) aux bornes de cette résistance avec l'oscilloscope. 3. Utilisez la loi d'Ohm pour calculer le courant. ##### Calcul Le courant \( I \) est calculé comme suit : \[ I = \frac{U_{shunt}}{R_s} \] Si \( U_{shunt} \) est une tension alternative, vous obtiendrez \( I_p \) (courant crête) si vous utilisez \( U_p \) pour \( U_{shunt} \), ou \( I_{eff} \) (courant efficace) si vous utilisez \( U_{eff} \) pour \( U_{shunt} \). #### Précautions de Sécurité * Assurez-vous toujours que l'oscilloscope est correctement mis à la terre. * Ne touchez jamais les parties sous tension du circuit avec vos mains nues. * Vérifiez les tensions maximales admissibles des sondes et de l'oscilloscope avant toute mesure. * Utilisez des sondes de bonne qualité et en bon état. Soyez attentifs aux risques de court-circuit en branchant les sondes. ### Vocabulaire * **Oscilloscope :** Appareil électronique qui affiche la forme d'onde d'un signal électrique. * **Oscillogramme :** La courbe affichée sur l'écran de l'oscilloscope. * **Tension continue (DC) :** Tension de valeur constante. * **Tension alternative (AC) :** Tension dont la valeur varie périodiquement (ex: sinusoïdale). * **Volts/div (Calibre vertical) :** Réglage de la sensibilité verticale de l'oscilloscope (en Volts par division). * **Temps/div (Base de temps) :** Réglage de la sensibilité horizontale de l'oscilloscope (en secondes par division). * **Période (\( T \)) :** Durée d'un cycle complet d'un signal alternatif, en secondes. * **Fréquence (\( f \)) :** Nombre de cycles par seconde, en Hertz (Hz). * **Tension crête (\( U_p \)) :** Amplitude maximale d'un signal par rapport à zéro. * **Tension crête à crête (\( U_{pp} \)) :** Différence entre les amplitudes maximale positive et négative. * **Tension efficace (\( U_{eff} \)) :** Valeur équivalente à une tension continue pour la production de chaleur. * **Sonde :** Câble de connexion entre le circuit et l'oscilloscope, souvent avec atténuation. * **Résistance shunt :** Résistance de faible valeur insérée en série pour mesurer un courant indirectement. ### Exemples Pratiques #### Exemple 1 : Mesure d'une tension continue Un oscilloscope est réglé sur un calibre vertical de 2 V/div. La trace horizontale d'une tension continue se situe 3,5 divisions au-dessus de la ligne zéro. Calcul de la tension continue : \[ U_{DC} = 3,5 \text{ div} \times 2 \text{ V/div} = 7 \text{ V} \] #### Exemple 2 : Mesure d'une tension alternative sinusoïdale Un oscillogramme sinusoïdal est affiché avec les réglages suivants : * Calibre vertical : 5 V/div * Base de temps : 1 ms/div * La tension atteint son maximum à 2,8 divisions du centre. * Un cycle complet s'étend sur 6 divisions horizontales. Calculs : * Tension crête (\( U_p \)) : \[ U_p = 2,8 \text{ div} \times 5 \text{ V/div} = 14 \text{ V} \] * Tension crête à crête (\( U_{pp} \)) : \[ U_{pp} = 2 \times 14 \text{ V} = 28 \text{ V} \] * Période (\( T \)) : \[ T = 6 \text{ div} \times 1 \text{ ms/div} = 6 \text{ ms} = 0,006 \text{ s} \] * Fréquence (\( f \)) : \[ f = \frac{1}{0,006 \text{ s}} \approx 166,67 \text{ Hz} \] * Tension efficace (\( U_{eff} \)) : \[ U_{eff} = \frac{14 \text{ V}}{\sqrt{2}} \approx 9,90 \text{ V} \] #### Exemple 3 : Mesure de courant alternatif Une résistance shunt de \( R_s = 5 \Omega \) est insérée dans un circuit. L'oscilloscope mesure une tension sinusoïdale de \( U_p = 2,5 \text{ V} \) aux bornes de cette résistance. Calcul du courant crête (\( I_p \)) : \[ I_p = \frac{U_p}{R_s} = \frac{2,5 \text{ V}}{5 \Omega} = 0,5 \text{ A} \] Calcul du courant efficace (\( I_{eff} \)) : \[ I_{eff} = \frac{I_p}{\sqrt{2}} = \frac{0,5 \text{ A}}{\sqrt{2}} \approx 0,354 \text{ A} \] ### Exercices 1. Un oscilloscope est réglé sur un calibre vertical de 0,5 V/div. La trace d'une tension continue est décalée de 2,2 divisions vers le bas par rapport à la ligne zéro. Quelle est la valeur de la tension ? 2. Pour un signal sinusoïdal, l'oscilloscope est réglé sur : * Calibre vertical : 200 mV/div * Base de temps : 20 µs/div * Le signal atteint sa valeur maximale à 3,1 divisions du centre. * Un cycle complet occupe 5 divisions horizontales. Calculez : a. La tension crête (\( U_p \)) b. La tension crête à crête (\( U_{pp} \)) c. La période (\( T \)) d. La fréquence (\( f \)) e. La tension efficace (\( U_{eff} \)) 3. Pour mesurer le courant dans un circuit, vous utilisez une résistance shunt de \( 2 \Omega \). L'oscilloscope indique une tension sinusoïdale de \( U_{pp} = 10 \text{ V} \) aux bornes de cette résistance. Quelle est la valeur efficace du courant traversant la résistance ? ### Devoirs 1. Décrivez l'importance de choisir le bon calibre vertical (Volts/div) et la bonne base de temps (Temps/div) pour obtenir une mesure précise et une visualisation claire d'un signal. 2. Dessinez un schéma simple d'un circuit où l'on souhaite mesurer le courant alternatif circulant dans une bobine, en utilisant une résistance shunt et un oscilloscope. Indiquez clairement les branchements et les points de mesure. 3. Expliquez pourquoi il est parfois nécessaire d'utiliser une sonde atténuatrice (par exemple X10) et quel est son effet sur les mesures. 4. Recherchez et décrivez brièvement un autre type de mesure que l'on peut effectuer avec un oscilloscope, en dehors des tensions et courants (par exemple, déphasage, temps de montée, etc.). ### Résumé L'oscilloscope est un instrument fondamental en électronique qui permet de visualiser et de mesurer les caractéristiques temporelles et d'amplitude des signaux électriques. Nous avons appris à l'utiliser pour mesurer les tensions continues (DC) et alternatives (AC), en déterminant la période, la fréquence, la tension crête et la tension efficace. Bien qu'il ne mesure pas directement le courant, il peut le faire indirectement grâce à la loi d'Ohm et à l'utilisation d'une résistance shunt. Une bonne maîtrise des réglages (calibre vertical, base de temps, couplage) et le respect des précautions de sécurité sont essentiels pour des mesures fiables et pour votre propre sécurité.