Étude des systèmes électriques/Travail pratique/Réponse du dipôle (R,C) à un échelon de tension

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Avertissement

Vous pouvez réaliser ce TP grâce à des résultats en simulation si vous ne pouvez pas avoir le matériel nécessaire sur ce site.
Ce TP est écrit pour une acquisition par ordinateur et pour une exploitation avec un logiciel adapté. Néanmoins on peut aussi faire ce TP avec l'aide d'un oscilloscope mais on ne pourra pas tout faire...

Principe des mesures

Le montage a réaliser

• Le montage est celui schématisé sur la figure ci-contre. L'interrupteur à deux positions (1) et (2) permet de réaliser successivement la charge (l) puis la décharge (2) du condensateur : En position (1), le dipôle (R,C) est soumis à la tension U₀ délivrée par le générateur. En position (2), le dipôle (R,C) est soumis à une tension nulle.
• On pourra régler séparément les valeurs de R et de C.
• En cas de besoin, on pourra court-circuiter le condensateur pour le décharger plus rapidement.
• La tension u_RC sera visualisée sur la voie EA₀, la tension u_C est visualisée sur la voie EA₁.

Grandeurs étudiées

Quelle sera la tension visualisée voie EA₀ ? Quelle sera celle visualisée sur la voie EA₁ ? Exprimer ces tensions en fonctions des lettres P, N, A, B, D. Orienter le courant i(t) dans le dipôle (R,C). Indiquer l'armature pour laquelle on pourra écrire q(t) : C*U_C(t)

Prise en main : premières acquisitions

Choisir une constante de temps de l’ordre de 0,5 s, et une durée d'acquisition de l’ordre de 5 s. On prend U₀=5 V (Rappel la constante de temps est égal à R*C)

Partir d'une situation où le condensateur est déchargé. Après lancement de l'acquisition, charger le condensateur (l), puis le décharger (2), le tout en moins de 5s ; on pourra ensuite modifier les différents paramètres. Repérer sur l'enregistrement les échelons montant et descendant, ainsi que les intervalles de temps correspondant à la charge et à la décharge du condensateur.

Étude de la charge

Tension U_C(t)

Modifier les différents paramètres de façon à n'étudier que la charge, sur une durée d'environ 5 t. On sera amené à demander un déclenchement par seuil de tension, sur la voie EA₀, sens montanto à partir de 0,1 V.

Afficher sur une fenêtre : u_C(t), u_RC(t), u_R(t) ( qui aura été calculée préalablement) À quelle expression analytique s'attend-on pour u_c(t)? Entrer cette expression dans la feuille de calcul ( avec un autre nom, U_C2(t) par exemple) et afficher U_C2 dans la même fenêtre afin de vérifier que cette expression est bonne. Vérifier avec une modélisation

Constante de temps

En utilisant l'une ou I'autre des courbes u_C(t)) et i(t), déterminer graphiquement la constante de temps du dipôle (R,C). (Pour l'étude en simulation, celui-ci est déjà tracé). La valeur expérimentale est-elle en accord avec la valeur prévisible par le calcul ? Faire plusieurs nouvelles acquisitions en faisant varier les valeurs de R et C en superposant les acquisitions successives. Conclusions.

Intensité i(t)

Définir i(t) dans la feuille de calcul et afficher les variations de i(t) Proposer une expression théorique pour i(t) et vérifier cette expression en la superposant à la courbe expérimentale.

Charge q(t)

Définir la fonction q(t) dans la feuille de calcul, et afficher sur une fenêtre les variations de q en fonction de u_c. Que représente la pente de la droite obtenue ? Le vérifier en demandant une modélisation de cette droite.

Étude de la décharge

Comment faut-il modifier le déclenchement pour n'étudier que la décharge, sur environ 5τ ? Reprendre l' étude précédente.