Circuit RC à l'oscilloscope
Programmes : Tle, APC, Sek II
Objectif¶
Observer la charge et la décharge d’un condensateur à l’oscilloscope et mesurer la constante de temps.
Le montage¶
Source de tension alternative — un signal carré de 0 à 5 V (amplitude 2,5 V, décalage CC 2,5 V), 10 Hz. Une résistance de 1 kΩ et un condensateur de 10 µF en série (\(\tau\) = 10 ms). Oscilloscope : CH1 — la source, CH2 — le condensateur, mode DUAL, 2 V/div, 20 ms/div, déclenchement sur CH1 à 2,5 V.
Protocole¶
- Observez les deux oscillogrammes.
- Avec le bouton TEMPS/DIV, réglez 5 ms/div.
- Mesurez la durée nécessaire pour que la tension aux bornes du condensateur passe de 0 à 3,16 V (63 % de 5 V).
- Dans le panneau des paramètres du condensateur, remplacez 10 µF par 22 µF et mesurez de nouveau la durée pour atteindre 63 %.
- Revenez à 10 µF et augmentez la fréquence de la source jusqu’à 50 Hz.
Résultat attendu
À chaque front montant du signal carré, le condensateur se charge, et à chaque front descendant, il se décharge, de façon exponentielle. La tension atteint 63 % en 10 ms — 2 divisions à 5 ms/div. Avec 22 µF, \(\tau\) passe à 22 ms, et en une demi-période le condensateur ne se décharge plus jusqu’à zéro — le minimum est d’environ 0,5 V. À 50 Hz, la demi-période (10 ms) est plus courte que plusieurs \(\tau\), et le condensateur n’a pas le temps de se charger complètement.
Questions¶
- Pourquoi la tension aux bornes d’un condensateur ne peut-elle pas varier instantanément ?
- Quelle fréquence du signal carré faut-il choisir pour que le condensateur ait le temps de se charger presque complètement ?
Réponses
- La tension aux bornes d’un condensateur est fixée par sa charge, \(U = Q / C\), et la charge ne varie qu’aussi vite que le courant l’apporte sur les armatures. La résistance limite l’intensité de ce courant à 5 V / 1 kΩ = 5 mA au plus, donc la tension varie progressivement ; un saut exigerait un courant d’intensité infinie.
- La demi-période doit durer au moins \(5\tau\) ; le condensateur est alors chargé à plus de 99 %. Avec \(\tau\) = 10 ms, cela fait 50 ms, soit une période de 100 ms, donc \(f \le 1 / (10\tau)\) = 10 Hz : les 10 Hz réglés sur le montage sont la plus haute fréquence qui convienne.