Par Denis Gauthier, Lycée Bernard Palissy Agen

Une tension variable peut être la manifestation d'un phénomène électrique mais aussi, grâce à l'utilisation d'un capteur approprié, de pratiquement toutes les autres grandeurs physiques. Pour l'étudier, on doit savoir la visualiser à l'oscilloscope et à l'ordinateur. On utilise, pour apprendre ces techniques, la tension variable donnée par un générateur de tension variable ou GBF.

On dessine le tableau avant du GBF utilisé en repérant bien :

le bouton arrêt-marche ; la sortie et la masse ; le sélecteur de forme de signal, sinusoïdal, dents de scie et créneaux ; le sélecteur de gamme de fréquence et le bouton de réglage de la fréquence dans la gamme ; les deux gammes de niveau de sortie (2 et 20 V) et le bouton de réglage dans la gamme ; le bouton d'offset ; les alimentations, +15, 0, -15 V utilisables pour des AO.

On se réfère au document représentant l'oscilloscope utilisé et on revoit les grandes parties, déjà présentées en tronc commun :

• les deux entrées verticales avec, pour chaque voie, les branchements DC et AC, le bouton de déplacement vertical, le bouton de réglage de la sensibilité verticale, s_v (V.div^-1) ;
• le balayage avec le bouton de réglage de la sensibilité horizontale, s_h (ms ou µs.div^-1) ;
• les différente possibilités d'affichage : CH 1, CH 2, DUAL et ADD donnant, avec le balayage, des courbes en fonction du temps ; XY, le balayage est supprimé et l'oscilloscope affiche la courbe de la voie 2 en fonction de la voie 1;
• le bouton de déplacement horizontal ;
• le bouton LEVEL permettant de stabiliser l'image par réglage du niveau de synchronisation sur la voie choisie (en général 1), fonction illustrée et expliquée avec l'ordinateur.

L'oscilloscope est toujours utilisé avec son balayage ou éventuellement, avec deux voies, en XY : jamais de spot arrêté sur l'écran.

On applique, en voie 1 DC, la tension de sortie du GBF , signal sinusoïdal avec f " 500 Hz. On effectue le réglage des sensibilités pour visualiser un bonne courbe en centrant éventuellement avec l'offset du GBF.

Avec la sensibilité verticale : après réglage du 0 de la base de temps, on mesure sur l'écran la déviation verticale y correspondant à la tension maximale u_m et on en tire u_m, :

y = div ; s_v = u_m / y = V.div^-1 ; et u_m = y . X s_v = V

Avec la sensibilité horizontale : on mesure sur l'écran la déviation x correspondant à une période T et on en tire T et f :

x = div ; sh = T / x = s.div^-1 ; et T = x . s_h = s

Vérifier la bonne concordance avec la valeur affichée par le fréquencemètre.

La tension de sortie du GBF est envoyée en parallèle à l'oscilloscope et à l'ordinateur muni d'un boîtier de protection (limitant à 10 V), d'un CAN et du logiciel d'acquisition SYNCHRONIE

On parcourt les différentes rubriques du menu déroulant.

Pour chaque acquisition, le logiciel doit-être configuré dans Paramètres. En activant cette rubrique une fenêtre apparaît dans laquelle on paramètre successivement : Entrées A/D - Acquisition - Courbes - Fenêtres - . On enregistre, 4 périodes = s.

On valide (OK) et on fait une acquisition (F10). Puis on revient dans Paramètres :

On fait des acquisitions successives : les courbes u(t) enregistrées sont-elles superposables ?

On paramètre une synchronisation : Paramètres - Acquisition - Déclenchement, entrée 1 sens croissant. On refait des acquisitions successives : les courbes u(t) enregistrées sont-elles superposables ?

Dans Paramètres - Acquisition , on active Permanent. L'ordinateur fait une acquisition, affiche la courbe et puis recommence : il est alors comparable à un oscilloscope , la durée de l'acquisition représentant la durée du déplacement gauche droite donné au spot par le balayage horizontal.

En supprimant la synchronisation dans Acquisition, on peut vérifier la nécessité de la synchronisation pour avoir une image stable avec l'oscilloscope.

Traiter puis Feuille de calcul, on tape avec un calcul par ligne :

d = seuil(u,t,0,1) {dates où u, fonction de t, passe au niveau 0, en croissant (sens indiqué par un nombre>0)}

p = d[3] - d[2] {période, différence entre deux dates consécutives }

f = 1 / p {fréquence en Hertz}

um = (max(u) - min (u))/2 {amplitude de u, calculée à partir de la tension crête à crête}

Taper (F2) pour calculer et vérifier la valeur de f. Sortir en cliquant sur la flèche courbée en haut à gauche.

Edition puis commentaires - créer (ou T dans la barre d'outil), une fenêtre apparaît, Définition d'un commentaire :

On définit le commentaire la première fois pour f, puis la deuxième pour um. Un aperçu de l'affichage est disponible en temps réel dans la zone Résultats :

• Texte : Fréquence, f = (puis Amplitude, um = )
• Valeur numérique scalaire On active Ajouter :

dans la liste, on choisit f (puis la deuxième fois um) en fixant le nombre de décimales (0 pour f et 2 pour um) et on valide en recliquant sur ajouter ;

cette grandeur apparaît entre {}après le signe = ; on revient dans Texte taper l'unité (Hz) puis (V).

• Présentation, Cadre - Couleur de fond : permet de choisir la forme et la couleur de l'affichage.
• Police : permet de choisir la police de caractères, leur taille et leur couleur.

En validant cette définition (OK), l'affichage apparaît avec la courbe et peut-être déplacé avec la souris pour être mieux positionné.

En mode d'acquisition Permanent, on peut faire varier f et um avec les boutons du GBF et suivre l'évolution de leur valeur sur l'écran de l'ordinateur.

Le groupe académique Sciences-Physiques et Informatique