Courants variables

Régimes variables

 

Régime continu = constant, indépendant du temps mais peut être réglable.
Régime variable = qui dépend du temps.
Régime transitoire = qui ne dure qu'un temps.
Régime permanent = qui a une certaine répétitivité.

I - Le générateur basse fréquence: (Jusqu'à 500 000 Hz)

Il délivre une tension électrique qui dépend du temps et que l'on peut noter u(t). Cette tension est appelée signal ou encore tension de sortie: elle est prélevée aux bornes de la fiche BNC que l'on voit sur l'image suivante. La borne noire est la masse du générateur.

On peut faire varier la valeur maximale de la tension grâce au bouton rotatif du potentiomètre de "NIVEAU". On peut aller jusqu'à environ ± 8 V.
On choisit la gamme de fréquence à l'aide des 2 boutons poussoir "<<" et ">>": une diode électroluminescente indique la gamme. Une autre DEL montre l'unité pour la fréquence (ici hertz (Hz)).
Le réglage grossier de la fréquence se fait grâce au bouton rotatif le plus gros (en bas, à gauche), le réglage plus fin avec l'autre bouton.
Un autre bouton-poussoir permet de sélectionner la forme du signal de sortie ( ~ , ^^ , ‌‾‾‌_‌ ). Une DEL montre si cette tension est sinusoïdale, triangulaire ou carrée.
Les autres fonctions ne sont pas à connaître en lycée.

II - Visualisation de différentes tensions ou signaux de sortie:

On relie la masse du GBF à une borne "RÉF" du boîtier de raccordement et l'autre borne du GBF à la borne EA0 ± 15 V de l'interface.

Montage pour visualiser un signal de sortie du GBF.

Tension ou signal sinusoïdal.

Tension ou signal triangulaire.

Tension carrée

III -Définitions (Badré Latil):

On dit qu'un phénomène est périodique s'il se reproduit identiquement à lui même à intervalle de temps réguliers dont le plus petit s'appelle la période T. 

La fréquence est le nombre de périodes par seconde: f (Hz)= 1/T (s)

Exemples de phénomènes périodiques :
- la rotation de la Terre par rapport aux étoiles T = 23 h 56 min 4,9 s,
- la révolution de la terre autour du soleil (T = 365,2422 j),
- le balancement d'un pendule,
- les oscillations d'un ressort,
- les marées,
- la houle...

Si la valeur maximale décroît au cours du temps ( phénomène amorti par les frottements ), on peut parler de régime pseudo-périodique.

En électricité, les tensions que nous donne le GBF ( ~, ^^, ‌‾‾‌_‌ ) sont périodiques et symétriques.

( U_max =  -U_min ).

Remarque: Lorsque la courbe de la fonction u(t) traverse l'axe des temps, la tension est tantôt négative tantôt positive, le courant est alternatif.
Si la courbe est symétrique et périodique, la valeur moyenne vaut 0.
On appelle valeur efficace d'un courant variable, la valeur d'un courant continu qui produirait le même effet Joule que ce courant variable.
Pour un courant sinusoïdal on démontre que U_eff =U_max / √2. C'est la tension efficace qu'indique un voltmètre alternatif.
Lorsqu'on parle de la tension de 220V du secteur, il s'agit de sa valeur efficace. Sa valeur maximale vaut:
U_max = U_eff ×√2 =1,414 × 220 => U_max=311V .

IV - Application: tracé de caractéristiques de dipôles:

Montage.

Définition des variables.

Clic droit puis choix de I en abscisses et on obtient ceci:

Résultat U_z = f (I).

V - Redressement:

1°) Redressement une alternance avec une simple diode:

Montage.

Le courant obtenu est unidirectionnel mais on "perd" une alternace sur deux..

A faible fréquence on voit clignoter la DEL mais la persistance rétinienne de l'oeil humain vaut environ 1/10 de seconde. Si la fréquence dépasse 10 Hz, la DEL ne clignote plus. L'écran de l'ordinateur nous montre la tension sinusoïdale délivrée par le GBF (trace rouge) il nous montre également en bleu la tension aux bornes de la résistance et donc l'intensité qui lui est proportionnelle. Cette courbe bleue ne franchit pas l'axe des temps elle n'est plus alternative mais unidirectionnelle. Le courant a été redressé par la diode qui est passante au cours dune alternance et bloquée pendant l'alternance suivante. Un tel courant redressé pourrait faire tourner un moteur à courant continu ou charger une batterie mais l'inconvénient est qu'une alternance sur deux est perdue (le GBF fournit de l'énergie mais on ne l'utilise pas une alternance sur deux).

2°) Redressement bi-alternance avec un pont de diodes:

Montage et platine d'essais.

Lors des alternances impaires, les diodes D1 et D4 sont passantes, D2 et D3 sont bloquées. Le courant passe dans la résistance dans le sens de la flèche verte. Au cours des alternances paires, D2 et D3 sont passantes, D1 et D4 sont bloquées, le courant passe dans la résistance dans le sens de la flèche rouge, le même que précédemment. Quelle que soit l'alternance positive ou négative, le courant va toujours dans le même sens dans la résistance. Le courant est redressé 2 alternances sur 2. Ce courant n'est pas continu mais il est unidirectionnel et sa période est la moitié de celle de la tension du GBF autrement dit la fréquence est double. A faible fréquence, on voit bien les diodes clignoter 2 à 2 en alternance.

Montage avec transformateur d'isolement (EXAO).

Visualisation à l'oscilloscope:

La période du courant redressé est la moitié de celle de la tension d'attaque du GBF. La fréquence est donc le double.