PHQ260 Circuits CC

Objectifs : Appliquer les lois des circuits CC.Reconnaitre les limitations intrinsèques des appareils de mesure et leurseets sur les circuits.

Manipulations expérimentales

Partie 1. Loi d'Ohm

Prendre un petit l de cuivre #34, d'une longueur de L ≈ 10 cm. Mesurer sa résistanceà l'aide du multimètre Rigol (fonction ohmmètre) et de deux ls bananes. Dans le circuitsuivant, attention de mesurer la longueur exacte du l entre les bornes d'amenée du courant.

Note : Le cahier des spécications des appareils sera accessible au laboratoire. De plus, tous

les manuels des appareils sont accessibles sur le site WEB des travaux pratiques :

http ://www.tp.physique.usherbrooke.ca/index.php/experiences/tp1

Réaliser le circuit suivant sur une plaquette de montage.

RV

A

S V

Figure 1: Vérication de loi d'Ohm.

VS : source CCA : multimètre Rigol, en ampèremètreV : multimètre Fluke, en voltmètreR : l de cuivre no 34 (dia.=0.16 mm, L=10 cm)ρCu : 1.7× 10−6 (ohm-cm)

Varier I entre 0 et 2 A et noter une quinzaine de lectures de I et V. Attention car le l vachauer !

Résultats et analyse

Tracer vos mesures sur un graphique de I(V ) et discuter de l'allure de la courbeobtenue.

Déterminer la résistance R (froide) et son incertitude à l'aide du graphique précé-dent. Comparer la valeur de R obtenue avec la mesure faite à l'aide du multimètreRigol. Discuter de vos résultats.

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Partie 2. Diviseur de potentiel

Réaliser le circuit suivant, en prenant une série de résistances au carbone (précision de 2%) :une de 10 Ω, deux de 1 kΩ, et une de 100 kΩ. Mesurer les valeurs de résistance à l'aide dumultimètre Fluke.

V V

R

1 S

1

R2 V2

Figure 2: Diviseur de potentiel.

R1 : 1 kΩR2 : résistance individuelle (10 Ω, 1 kΩ, 100 kΩ)VS : source CC (10 volts)V1 : multimètre Rigol, en voltmètreV2 : multimètre Fluke, en voltmètre

Pour des valeurs de R2 de 10 Ω, 1 kΩ et 100 kΩ, noter la tension V2 aux bornes de R2. Vousassurer de garder VS = 10 Volts, pour l'ensemble des mesures.

Résultats et analyse

Comparer vos mesures de V2 à la valeur théorique calculée à partir des valeursmesurées de VS , R1 et R2. Discuter de ces résultats.

Partie 3. Eet d'un voltmètre non idéal sur un circuit

Réaliser le circuit suivant en utilisant une résistance au carbone (précision 2%) de 1 MΩ etmesurer sa valeur à l'aide du multimètre Fluke.

RV

A

S V

Figure 3: Eet d'un voltmètre non idéal.

VS source CC (20 volts)A : multimètre Rigol, en ampèremètreV : multimètre Simpson, en voltmètreR : résistance de 1 MΩ

Noter le courant I lorsque le voltmètre V est débranché du circuit. Brancher levoltmètre sur l'échelle de 50V et noter le courant de nouveau.

Changer l'échelle du multimètre Simpson à 250 Volts et noter le courant mesuré avecle multimètre Rigol.

1.2

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Remplacer le multimètre Simpson par le multimètre Fluke (en mode voltmètre). Noterle courant mesuré avec le multimètre Rigol pour chacune des échelles du voltmètre :60, 600 et 1000 Volts.

Résultats et analyse

Discuter l'eet de l'ajout du voltmètre V sur le courant mesuré lors de la premièremesure (Simpson sur l'échelle de 50 V).

Déterminer la valeur de la résistance interne pour chacune des échelles sélectionnéessur les deux voltmètres utilisés (Simpson et Fluke) et la comparer avec celle donnéepar le fabricant.

ÉVALUATION SOMMATIVE DES APPRENTISSAGES AU LABORATORE

Note : L'évaluation se fera oralement au cours de la 2e séance de laboratoire.

Partie 1 :

Présenter votre graphique courant-tension. Expliquer comment obtenir R (froide)et discuter de vos résultats.

Questions : les ls bananes utilisés pour la mesure de la résistance du petit lde cuivre inuencent-t-ils la valeur obtenue ? Est-ce que ces mêmes ls bananesfaussent la valeur de R tirée du graphique ?

Question : si on désire faire chauer davantage le l, devrait-on en prendre un avecune résistance plus faible ou plus grande ? Expliquer.

Partie 2 :

Présenter le détail du calcul de l'incertitude sur la valeur théorique de V2. Présenter un tableau des résultats avec incertitudes : R2, VS , V mes.

2 , V theo.2 .

Partie 3 :

Pour chaque voltmètre, présenter un tableau des résultats : gamme de voltage sélec-tionnée, résistance interne du fabricant (Rint.), courant mesuré (Imes.) et résistanceinterne calculée (Rint.(calc.)). Discuter vos résultats.

1.3

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Partie 4 : Eet d'un ampèremètre non idéal sur un circuit

Réaliser le circuit suivant :

R

S

R=10kΩ

V A

V

V

Figure 4: Eet d'un ampèremètre non idéal.

A : multimètre Simpson, en ampèremètreV : multimètre Rigol, en voltmètreVR : multimètre Fluke, en voltmètreVS : Source CC

Régler le multimètre Simpson sur l'échelle de 1 mA. Augmenter VS jusqu'à obtenirune lecture de 1 mA sur le Simpson. Noter V et VR.

Recommencer l'étape précédente en changeant le multimètre Simpson pour le multi-mètre Fluke (toujours avec un courant de 1 mA) en fonction ampèremètre pour leséchelles de 6 et 60 mA (attention : 6 mA = 6000µA).

Résultats et analyse

Pour chaque ampèremètre, présenter un tableau des résultats : gamme de cou-rant sélectionnée (1 mA pour le Simpson, 6 et 60 mA pour le Fluke), voltage V,voltage VR, résistance interne calculée Rin (calc) et résistance interne du fabricantRin (fabricant). Pour ce qui est du Fluke, sa résistance interne est de 1.8Ω sur l'échelle60 mA et 100Ω sur l'échelle de 6 mA.

Expliquer vos résultats.

Partie 5. Vérication du théorème de Thévenin

Le théorème de Thévenin stipule que tout réseau de piles et de résistances présentant deuxsorties peut être remplacé par un circuit équivalent constitué d'une combinaison en séried'une pile et d'une résistance entre les mêmes deux sorties tel que représenté à la guresuivante :

Réq

Véqréseau RL RL

Figure 5: Circuit d'un équivalent Thévenin.

1.4

PHQ260 Circuits CC

Nous allons vérier expérimentalement ce théorème par un exemple. Soit le circuit suivant :

R1 10V=1kΩ

R2=10kΩ

R4=1kΩ

R3=500Ω

R VL

Figure 6: Recherche de l'équivalent Thévenin.

Réaliser ce circuit avec des résistances au carbone pour R1, R2, R3 et R4 et utiliserune boite à décade pour RL.

Déterminer la tension de Thévenin équivalente et la résistance de Thévenin équiva-lente à l'aide de deux mesures.

méthode : Veq.= voltage lu sur le voltmètre lorsque RL →∞Req.= valeur de la résistance RL qu'il faut mettre pour que

le voltage de sortie V = Veq./2.

Résultats et analyse

Comparer les valeurs expérimentales aux valeurs théoriques et discuter de vos ré-sultats.

Partie 6. Pont de Wheatstone en mode CC

Un pont de résistances est un circuit, alimenté par une pile, comportant quatre résistancesdisposées en carré.

R

V

1 R2

R3 Rx

a b

Figure 7: Schéma du pont de Weatstone.

R1= 10 kΩR2= 20 kΩR3= boite à décadeRx= résistance inconnue

(xée à 100 Ω, 10 kΩ ou 100 kΩ)

1.5

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Réaliser ce circuit avec des résistances au carbone pour R1, R2, et Rx. Utiliser uneboite à décade pour R3. Utiliser une source VCC de 5V an de limiter le courant dansles résistances. Brancher le voltmètre Rigol entre les points a et b du circuit.

Pour chacune des trois résistances supposées inconnues (100 Ω, 10 kΩ et 100 kΩ),trouver la valeur de R3 qui permet d'équilibrer le pont de Wheatstone.

Résultats et analyse

Présenter un tableau de vos résultats : valeur de Rx mesurée au multimètre, valeurde R3 équilibrant le pont, et valeur de Rx théorique obtenue en utilisant l'expressioncorrespondant à la condition d'équilibre du pont. Discuter de vos résultats.

Pour R1 et R2 du même ordre de grandeur (comme c'est le cas ici), discuter de laprécision de la mesure en fonction de la valeur de Rx. Aide : analyser ce qui se passeà la valeur de Vab lorsque Rx R1, R2 ou R1, R2.

mars 2018

1.6