Sciences de l'ingénieur1ère

Utilisation d’un oscilloscope
Exercices corrigés

Maîtrisez l'utilisation d'un oscilloscope : mesures, calibres, synchronisation, et analyse des signaux électriques grâce à ces 5 exercices détaillés.

Concepts & Exercices
\(U_{eff} = \frac{U_{crête}}{\sqrt{2}}, \quad T = \frac{1}{f}\)
Mesures avec oscilloscope
Tension crête
\(U_{crête} = \frac{divisions \times calibre}{2}\)
Amplitude maximale
Période
\(T = divisions \times balayage\)
Temps d'une période
Fréquence
\(f = \frac{1}{T}\)
Inverse de la période
⚡
Calibre vertical : Sensibilité en volts/division (V/div)
⚡
Calibre horizontal : Base de temps en secondes/division (s/div)
⚡
Synchronisation : Permet de stabiliser le signal affiché
⚡
Mode AC/DC : Couplage pour filtrer la composante continue
Exercice 1
Mesurer la tension crête d'un signal sinusoïdal occupant 4 divisions verticales avec un calibre de 2V/div
Exercice 2
Calculer la fréquence d'un signal sinusoïdal occupant 5 divisions horizontales avec un balayage de 1ms/div
Exercice 3
Déterminer la tension efficace d'un signal sinusoïdal de tension crête 6V
Exercice 4
Expliquer comment régler la synchronisation pour stabiliser un signal
Exercice 5
Analyser un signal rectangulaire et mesurer son rapport cyclique
Corrigé : Exercices 1 à 3
1 Mesure de tension crête
Définition :

Tension crête : Valeur maximale atteinte par un signal alternatif. Sur un oscilloscope, elle se calcule à partir du nombre de divisions verticales occupées par le signal et du calibre vertical.

Méthode de mesure :
  1. Observer le signal sur l'écran de l'oscilloscope
  2. Compter le nombre de divisions verticales occupées par la moitié du signal (du centre à la crête)
  3. Multiplier ce nombre par le calibre vertical (V/div)
  4. Si on mesure du centre à la crête, c'est la tension crête
Signal sinusoïdal
→
4 div
→
2V/div
Données
4 div, 2V/div
Formule
U_crête = div × calibre
Calcul
U_crête = 8V
Étape 1 : Identification des données

Nombre de divisions verticales du centre à la crête : 4 divisions

Calibre vertical : 2V/div

Étape 2 : Application de la formule

U_crête = nombre de divisions × calibre vertical

U_crête = 4 divisions × 2V/div

Étape 3 : Calcul de la tension crête

U_crête = 8V

Étape 4 : Vérification

Le signal occupe 8 divisions au total (4 en positif et 4 en négatif), donc l'amplitude totale est de 16V crête-à-crête

U_crête = 8V
Réponse finale :

La tension crête du signal est de 8V

Règles appliquées :

• Tension crête : U_crête = nombre_div × calibre_V/div

• Crête-à-crête : U_cc = 2 × U_crête

• Calibre : Adapter pour avoir un signal bien visible

2 Mesure de fréquence
Définition :

Période et fréquence : La période T est la durée d'une oscillation complète. La fréquence f est le nombre d'oscillations par seconde : f = 1/T.

Signal sinusoïdal
→
5 div
→
1ms/div
Données
5 div, 1ms/div
Calcul T
T = 5ms
Calcul f
f = 200Hz
Étape 1 : Identification des données

Nombre de divisions horizontales pour une période complète : 5 divisions

Calibre horizontal (base de temps) : 1ms/div

Étape 2 : Calcul de la période

T = nombre de divisions × base de temps

T = 5 divisions × 1ms/div = 5ms

Étape 3 : Calcul de la fréquence

f = 1/T = 1/(5×10⁻³s) = 1000/5 = 200Hz

Étape 4 : Conversion d'unités

5ms = 5×10⁻³s = 0.005s

T = 5ms, f = 200Hz
Réponse finale :

La période du signal est de 5ms et sa fréquence est de 200Hz

Règles appliquées :

• Période : T = nombre_div × base_de_temps

• Fréquence : f = 1/T

• Unités : Convertir en secondes pour le calcul

3 Tension efficace
Définition :

Tension efficace : Valeur de la tension continue qui produirait le même effet thermique que la tension alternative. Pour un signal sinusoïdal : U_eff = U_crête / √2

Signal sinusoïdal
→
U_crête = 6V
→
U_eff = ?
Données
U_crête = 6V
Formule
U_eff = U_crête/√2
Calcul
U_eff ≈ 4.24V
Étape 1 : Identification des données

Tension crête du signal : U_crête = 6V

Étape 2 : Application de la formule

Pour un signal sinusoïdal : U_eff = U_crête / √2

Étape 3 : Calcul de la tension efficace

U_eff = 6V / √2 = 6V / 1.414 ≈ 4.24V

Étape 4 : Vérification

U_eff ≈ 0.707 × U_crête = 0.707 × 6V ≈ 4.24V ✓

U_eff ≈ 4.24V
Réponse finale :

La tension efficace du signal est d'environ 4.24V

Règles appliquées :

• Sinusoïdal : U_eff = U_crête / √2

• Crête-à-crête : U_cc = 2 × U_crête

• Facteur 0.707 : √2 ≈ 1.414, donc 1/√2 ≈ 0.707

Corrigé : Exercices 4 à 5
4 Synchronisation
Définition :

Synchronisation : Fonction qui permet de stabiliser l'affichage d'un signal répétitif en déclenchant le balayage à un moment précis du signal.

Source
→
Oscilloscope
→
Synchro
Source
CH1 ou CH2
Niveau
Tension seuil
Pente
+/−
Étape 1 : Choix de la source de synchronisation

Sélectionner la voie sur laquelle se trouve le signal à synchroniser (CH1 ou CH2)

Étape 2 : Réglage du niveau de seuil

Ajuster le niveau de seuil à la valeur de tension à laquelle le balayage doit être déclenché

Étape 3 : Choix de la pente

Choisir si le déclenchement se fait sur la montée (+) ou la descente (-) du signal

Étape 4 : Observation de l'effet

Le signal doit maintenant apparaître stable à l'écran, sans défilement horizontal

Étape 5 : Ajustements fins

Ajuster éventuellement la position horizontale pour centrer le signal

Synchro: CH1, niveau, pente +
Réponse finale :

La synchronisation stabilise le signal en déclenchant le balayage à un moment précis du signal

Règles appliquées :

• Source : CH1, CH2, EXT, ou LINE

• Niveau : Tension à laquelle le déclenchement se produit

• Pente : Montée ou descente du signal

5 Rapport cyclique
Définition :

Rapport cyclique : Proportion du temps pendant lequel un signal est dans l'état haut par rapport à sa période totale. Pour un signal rectangulaire : RC = t_haut / T

Signal rectangulaire
→
t_haut = 2ms
→
T = 5ms
Données
t_haut = 2ms, T = 5ms
Formule
RC = t_haut/T
Calcul
RC = 0.4 = 40%
Étape 1 : Mesure de la période T

Compter le nombre de divisions pour une période complète et multiplier par la base de temps

Étape 2 : Mesure du temps à l'état haut t_haut

Compter le nombre de divisions où le signal est à l'état haut et multiplier par la base de temps

Étape 3 : Calcul du rapport cyclique

RC = t_haut / T

RC = 2ms / 5ms = 0.4

Étape 4 : Conversion en pourcentage

RC (%) = RC × 100% = 0.4 × 100% = 40%

Étape 5 : Interprétation

Le signal est à l'état haut pendant 40% du temps

RC = 40%
Réponse finale :

Le rapport cyclique du signal rectangulaire est de 40%

Règles appliquées :

• Rapport cyclique : RC = t_haut / T

• Unités : t_haut et T doivent être dans la même unité

• Signal carré : RC = 50% (t_haut = t_bas)

Cours bien détaillé
\(U_{eff} = \frac{U_{crête}}{\sqrt{2}}, \quad f = \frac{1}{T}, \quad RC = \frac{t_{haut}}{T}\)
Formules essentielles
🎯
Calibres : Adapter les calibres pour visualiser correctement le signal.
⚡
Synchronisation : Essentielle pour stabiliser l'affichage des signaux répétitifs.
🛡️
Mode AC/DC : Couplage AC bloque la composante continue, DC la conserve.
🔥
Calibration : Vérifier la calibration avec un signal connu avant les mesures.
💡
Conseil : Toujours commencer avec des calibres larges pour localiser le signal
🔍
Attention : Le facteur 0.707 ne s'applique qu'aux signaux sinusoïdaux
⚡
Astuce : Utiliser la fonction "mesure automatique" pour des mesures rapides
📋
Méthode : Vérifier la calibration avec le signal de test intégré
✅
Vérification : Comparer les mesures manuelles et automatiques
Procédure de mesure :
  • Connexion : Brancher la sonde correctement
  • Calibration : Vérifier la calibration de la sonde
  • Calibres : Ajuster les calibres vertical et horizontal
  • Synchro : Régler la synchronisation
  • Lecture : Effectuer les mesures
Règles importantes :
  • L'oscilloscope mesure la tension en un point par rapport à la masse
  • Le couplage AC élimine la composante continue du signal
  • La synchronisation permet d'observer des signaux stables
  • Les mesures doivent être effectuées sur un signal stable
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