Tension alternative à l'oscilloscope

Programmes : GCSE (ac and dc), A-level, Sek I

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Objectif

Mesurer la période, la fréquence, l’amplitude et la valeur efficace d’une tension alternative.

Le montage

Source de tension alternative : signal sinusoïdal, amplitude 5 V, 50 Hz. Un voltmètre en mode AC et un oscilloscope (CH1, 2 V/div, 5 ms/div) sont branchés sur sa sortie.

Protocole

1. À l’aide du quadrillage de l’écran, déterminez la période et la valeur crête à crête du signal.
2. Comparez avec les mesures automatiques affichées dans le bandeau de menu de l’oscilloscope (Vpp, Vrms, fréquence, période).
3. Passez le voltmètre en mode DC, puis de nouveau en mode AC.
4. Réglez la source sur 100 Hz, puis sélectionnez la forme d’onde « Carré ».

Résultat attendu

La période vaut 4 divisions (20 ms), la fréquence 50 Hz ; la valeur crête à crête vaut 5 divisions (10 V). Le voltmètre en mode AC indique environ 3,54 V — l’amplitude divisée par \(\sqrt{2}\) ; en mode DC — environ 0 (la valeur moyenne d’une sinusoïde). À 100 Hz, une période occupe 2 divisions. Pour un signal carré d’amplitude 5 V, la valeur efficace est de 5 V.

Questions

1. Pourquoi le voltmètre indique-t-il 3,54 V et non 5 V ?
2. Combien de périodes d’un signal de 50 Hz tiennent sur l’écran à 5 ms/div ?

Réponses

1. En mode AC, le voltmètre indique la valeur efficace : la tension continue qui chaufferait autant une résistance. Pour une sinusoïde, elle vaut \(U_{rms} = U_0 / \sqrt{2}\) = 5 V / 1,414 ≈ 3,54 V ; 5 V est l’amplitude, que la tension n’atteint qu’aux crêtes.
2. L’écran fait 10 divisions de large, donc à 5 ms/div il affiche 10 × 5 = 50 ms. Une période d’un signal de 50 Hz dure \(T = 1 / f\) = 20 ms, donc 50 / 20 = 2,5 périodes tiennent sur l’écran.