TP – Oscillateur de Wien

Travail préparatoire
Lire l’énoncé du TP et son annexe et effectuer l’application 1 et l’application 2.
Matériel

Par groupe

  • Oscilloscope
  • Platine d'essai et fils de connexion
  • Résistances et condensateurs disponibles dans la salle de TP
  • Boite de résistance à décades
  • ALI et alimentation symétrique ±15 V
  • Multimètre de poche

1. Introduction

L’objectif de ce TP est de réaliser et d’étudier un oscillateur de Wien.

2. Réalisation et étude préliminaire

Le montage oscillateur de Wien sera réalisé avec des condensateurs de 2,2⁠ ⁠nF et des résistances de 10⁠ ⁠kΩ, sauf 𝑅2 qui sera réalisée par une boite de résistance à décades.

Application 1 ✍

À quelle condition s’attend-on à observer des oscillations quasi-sinusoïdales ? Quelle fréquence ont-elles dans ce cas ?

Les deux réponses seront munies d’une incertitude. La boite de résistance à décades, les résistances et les condensateurs ont une incertitude-type de 5⁠ ⁠%.

Manipulation 1 🙌

Réaliser l’oscillateur de Wien sur une platine d’essai.

Pour vérifier que le montage est fonctionnel, régler 𝑅2=22 kΩ, et vérifier que des oscillations apparaissent.

3. Démarrage des oscillations

En fonction des valeurs de 𝑅2, l’oscillateur de Wien peut osciller ou non. Dans cette partie, on cherche la valeur limite de 𝑅2 pour laquelle les oscillations commencent.

Application 2 ✍
Rédiger un protocole permettant de mesurer aussi précisément que possible la valeur de 𝑅2 pour laquelle les oscillations commencent.
Manipulation 2 🙌
Mettre en œuvre le protocole. Cette valeur est-elle compatible avec la condition théorique pour l’apparition des oscillations ?
Évaluation ★★⯪
Le cahier de TP sera rendu à la fin de la séance et le compte-rendu de la manipulation 2 évalué par les pairs.
Le compte-rendu donne envie d’être lu.
/ 2
Il y a un protocole étape par étape qu’un technicien
pourrait suivre sans prendre d’initiative.
/ 2
Les calculs effectués sont détaillés (formules et valeurs).
/ 2
Les incertitudes sont prises en considération d’une façon
ou d’une autre.
/ 2
Une conclusion est apportée.
/ 2
Total
/ 10

4. Fréquence des oscillations quasi-sinusoïdales

Lorsque la condition de démarrage des oscillations est tout juste vérifiée, des oscillations quasi-sinusoïdales peuvent être observées. Leur fréquence dépend des paramètres 𝑅 et 𝐶 du filtre de Wien.

Manipulation 3 🙌

Se placer dans des conditions où les oscillations sont quasi-sinusoïdales et mesurer leur fréquence.

Cette fréquence est-elle compatible avec la fréquence théorique prévue pour les oscillations quasi-sinusoïdales ?

5. Richesse spectrale

Lorsque la condition de démarrage des oscillations est dépassée, les signaux générés par l’oscillateur de Wien s’éloignent de plus en plus d’une sinusoïde.

Manipulation 4 🙌
Observer à l’aide de l’oscilloscope le spectre des deux signaux produits par l’oscillateur (voir Annexe A). Quelle influence a 𝑅2 sur les spectres ? Lequel des deux signaux présente les harmoniques les plus marquées ?

Annexe A : Tracé de spectre avec l’oscilloscope

Les oscilloscopes numériques utilisés en TP permettent de calculer le spectre des signaux mesurés. Pour cela, il faut accéder au menu math et, dans « opération », sélectionner « FFT » pour afficher le spectre du signal. Les options permettent de choisir une échelle linéaire (et non logarithmique), plus proche des spectres tracés en cours.

Pour zoomer sur le spectre, on peut soit paramétrer le calcul du spectre pour n’en afficher qu’une partie, soit augmenter la durée par carreaux1 en dézoomant l’axe du temps.

  1. 1Le nombre de points acquis par l’oscilloscope étant constant, augmenter la durée d’acquisition diminue la fréquence d’échantillonnage. Sur le spectre, 𝑓𝑒2 est la fréquence maximale représentable qui se retrouve à droite de l’écran dans les réglages par défaut.