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TP N°= 1 Electronique

 

 

Le but de ce TP est de vous familiariser avec les principaux composants utilisés en électronique, et les différents appareils vous permettant de faire des mesures.

 

Tous les composants qui sont utilisés en électronique sont d’une taille standardisée. En effet, lorsque l’on désire réaliser concrètement le montage que l’on a dessiné, on crée un circuit imprimé (plaque d’époxy sur laquelle sont dessinées, par des pistes de cuivre, les liaisons entre les composants). Pour des raisons d’harmonisation, une unité à été choisie, il s’agit du dixième de inch anglais, ce qui correspond à 2,54 mm. De cette manière, les broches de connexion des composants sont toutes éloignées d’un nombre entier de pas de longueur 2,54 mm.

I Les Composants

1°) Les Résistances

Il existe différentes sortes de résistances. Le type le plus couramment utilisé est celui présenté dans le document fournit avec le texte du TP. Ces résistances sont réalisées selon des séries de valeurs. Chaque série contient des valeurs différentes. (Voir Doc.). La série la plus répandue est la série dite E24. Cela signifie que la première valeur de cette série de résistance est W , la deuxième valeur est W , ainsi de suite.

Ces résitances ne peuvent dissiper qu’un quart de Watt (0,25 W, sous 12V cela ne représente qu’une centaine de milliampère!). D’autres résistances plus grosses peuvent dissiper un demi Watt, il existe même des résistances de dissipation qui peuvent consommer plusieurs milliers de Watts (radiateur électriques...), mais nous ne les étudierons pas.

La valeur de la résistance est écrite sur le composant, de manière codée. En effet, il y a quatre anneaux de couleur, les trois premiers représentent la valeur, le dernier la précision. 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 100W avec une tolérance de 5% indique que

95 W <R<105 W

Les trois autres anneaux représentent la valeur de la résistance, le premier anneau est le chiffre des dizaines, le deuxième est celui des unités, et le dernier est celui de la puissance de 10, l’unité de base étant le W . Chaque anneau peut prendre 10 couleurs différentes (voir document page suivante).

Exemple

Marron Orange Jaune

1 3 4 =13.104 W = 13.10 000 W =130 k W

2°) Les condensateurs

De part les procédés de fabrication, il existe différents types de condensateurs (voir documents pages suivantes).

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 des valeurs faibles et de précision, 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 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.

3°) La plaquette d’expérimentation

Réaliser un circuit imprimé est long et coûteux, ce n’est donc pas possible en travaux pratiques. Cependant, on peut tout de même concevoir un montage et vérifier son fonctionnement. On utilise alors une plaque d’expérimentation (couramment appelée plaque ‘lab-deck’) sur laquelle on réalise le circuit. Cette plaque est composée de plots de connexion, séparés de 2,54 mm et reliés entre eux de différentes manières. On peut ainsi insérer les composants et les fils de liaison.

Exemple de réalisation

II Les instruments de mesure

Lorsque l’on effectue une mesure dans un circuit, on perturbe son fonctionnement par les appareils qu’on introduit. On cherche donc à avoir des appareils qui perturbent le moins possible, mais aussi la disposition de ces appareils qui occasionne la perturbation la plus faible.

1°) Le Voltmètre

C’est un instrument qui mesure une différence de potentiel entre deux points. Il doit donc être branché en parallèle entre ces deux points pour être soumis à la même tension.

Ce faisant, le voltmètre prélève une partie du courant circulant dans l’élément mesuré, on comprend donc que ce courant prélevé doit être le plus faible possible, donc la résistance interne du voltmètre grande.

Un voltmètre est d’autant plus performant que sa résistance interne est grande.

 

2°) L’ampèremètre

Cet appareil mesure le courant traversant un composant, il doit donc être monté en série avec celui-ci. Mais on rajoute ainsi une résistance dans le circuit, elle doit donc être la plus faible possible.

Un ampèremètre est d’autant plus performant que sa résistance est faible.

 

3°) Les mesures

Le principe de fonctionnement de ces appareils est le suivant, le courant (ou la tension) crée une force de Laplace qui dévie une aiguille. Ce type d’appareil a été utilisé historiquement en premier, mais on utilise à l’heure actuelle des appareils dits numériques, dont les performances sont largement plus grandes. De plus, ils peuvent combiner plusieurs fonctions, voltmètre, ampèremètre, ohmmètre...

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

et la valeur efficace est

Ainsi pour s(t)=E Volts continue, <s(t)>=E=Seff

et pour s(t)=UM.sin(w t), <s(t)>=0 et

 

Sur les appareils numérique:

-le mode de mesure en valeur moyenne est appelé DC représenté par

 

-le mode de mesure en valeur efficace est appelé AC représenté par

 

III 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.

L’oscilloscope ne peut mesurer que des tensions, il doit donc toujours être placé en parallèle de la tension à observer.

Si u(t)=Um.cos(w t), l’appareil nous permet de voir sur son écran:

L’écran devient alors un repère cartésien, sur l’axe des abscisses se trouve le temps, sur celui des ordonnées se trouve l’amplitude.

 

Cet appareil est constitué d’un tube cathodique, d’un système de déflexion horizontal, d’un système de déflexion vertical, et d’un système de déclenchement (non représenté).

En abscisse x, c’est la base de temps qui définit les unités (secondes/carreaux)

En ordonnée y, c’est un signal proportionnel à la tension mesurée qui est affiché, on choisit l’échelle avec un bouton qui définit les graduations en Volts/carreau.

Pour que l’appareil puisse afficher un signal, il faut lui définir un niveau de tension pour la tension d’entrée à partir duquel il va commencer l’affichage, c’est le TRIGGER LEVEL.

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

-une manière dite DC (direct current), le signal est affiché tel qu’il est

-une manière dite AC (alternative current), le signal est affiché amputé de sa valeur moyenne. (la visualisation n’est donc plus la vraie ! !)

Sauf cas particulier, on utilise toujours un oscilloscope en mode DC

Un oscilloscope peut afficher deux signaux en même temps.

Pour être exploité correctement, un signal doit toujours occuper la plus grande place possible sur l’écran, aussi bien horizontalement que verticalement.

 

IV Travail à effectuer

1°) L’oscilloscope

Réglez un signal continu de valeur 3 Volts avec le générateur, visualisez le à l’oscilloscope. Que se passe-t-il si vous changez la base de temps? Et le calibre vertical ? Représenter l’écran de l’oscilloscope avec le papier pré-imprimé.

Réglez un signal sinusoïdal de valeur efficace 1 V à l’aide du voltmètre. Visualisez le à l’oscilloscope, quel est la valeur de la tension maximale? Est ce un résultat normal, si oui pourquoi?

Représenter l’affichage de l’oscilloscope lorsque vous changez la base de temps.

A l’aide de l’oscilloscope, réglez une sinusoïde d’amplitude maximale 1 V. Mesurez la valeur efficace, est ce une valeur normale?

Réalisez un signal sinusoïdal avec une composante continue. Que se passe-t-il lorsque vous passez en mode DC. Et en mode AC? Faites de même avec une tension carrée.

Avec un signal sinusoïdal de fréquence 1 kHz, quelle base de temps faut-il utiliser pour voir 2 périodes du signal? Et pour 5 périodes?

Avec un signal sinusoïdal de fréquence 1,5 kHz, quelle base de temps faut-il utiliser pour voir 3 périodes du signal?

2°) L’oscilloscope avec 2 signaux

a) Avec un circuit

Réalisez le circuit suivant avec R=1 kW , C=330 nF et F=1kHz, Um=5 V.

Qu’observez vous à l’écran de l’oscilloscope lorsque vous affichez deux voies? Que se passe-t-il si vous modifiez la voie de déclenchement du Trigger Level.

Mesurez aussi le déphasage entre les deux signaux. Comment faites vous? quelle valeur trouvez vous?

b) Avec un GBF

1°) Avec un GBF, branchez le signal sur l’oscilloscope voie 1. Dans le menu source sélectionnez la voie 2, que se passe-t-il et pourquoi ?

2°) Remettez la voie 1 en source et jouez avec le bouton trigger level. Que se passe-t-il ?

3°) Même question en modifiant dans Mode auto et auto level

4°) Branchez le signal sur la voie 1 et sans synchroniser sur la voie 1, trouvez un moyen de rendre l’affichage correct.

5°) Avec le GBF envoyez un signal carré et changez la pente de déclenchement slope coupling que se passe-t-il ?

6°) Prenez une sonde d’oscilloscope et vérifier son rapport, comment peut on en tenir compte avec l’oscilloscope ? Vérifier le calibration de la sonde et observer un signal sur la platine labdeck.

Nota, pour chacune des questions suivantes, comment connaissez vous l’option choisie en regardant l’affichage de l’oscilloscope ?