Sommaire
En électronique, la caractéristique statique d’un dipôle correspond à la relation \(i = f(u)\) qu’il existe entre la différence de potentiel \(u\) à ses bornes et le courant \(i\) le traversant, dans des conditions statiques, c’est-à-dire lorsque ces deux grandeurs ne sont pas dépendant du temps.
COURBES DE PLUSIEURS DIPOLES : R / LED / PhD ECLAIREES
Il existe deux méthodes principales pour caractériser statiquement un dipôle :
- une méthode manuelle, qui permet de tracer point à point cette courbe, en faisant varier \(u\) aux bornes du dipôle et en mesurant \(u\) et \(i\) pour un certain nombre de points
- une méthode automatique, qui permet d’obtenir de manière plus rapide une allure de la caractéristique statique sur un oscilloscope
Caractéristique manuelle
Une première méthode pour pouvoir tracer la caractéristique statique \(i = f(u)\) d’un dipôle est de faire varier la différence de potentiel à ses bornes de manière statique (i.e. très lente) et de mesurer la différence de potentiel \(u\) aux bornes du dipôle et le courant \(i\) le traversant point par point.
Instruments utiles
Pour faire varier la différence de potentiel aux bornes du dipôle, on pourra prendre une alimentation stabilisée réglable (voir tutoriel Générer des tensions stabilisées – dans la rubrique Caractériser / Mesurer des grandeurs électriques).
Pour mesurer la différence de potentiel aux bornes du dipôle, on pourra utiliser un multimètre en mode voltmètre (voir tutoriel…) câblé en parallèle du dipôle.
Pour mesurer le courant traversant le dipôle, on pourra utiliser un multimètre en mode ampèremètre (voir tutoriel…) câblé en série avec le dipôle.
Schéma de câblage
On donne le schéma suivant pour mesurer à la fois le courant et la différence de potentiel aux bornes d’un dipôle (ici une diode).
Méthode de mesure
On mesure à la fois le courant, à l’aide de l’ampèremètre branché en série, et la différence de potentiel aux bornes de la LED, à l’aide d’un voltmètre branché en parallèle.
On fait alors varier le potentiel de la source de tension E, pour relever, pour plusieurs points, les valeurs du courant (A) et de la différence de potentiel (V).
Le multimètre permet d’afficher simultanément la tension et le courant continu en utilisant la touche 2ND , puis A= ou SHIFT suivi de DC I
Les points peuvent ensuite être enregistrés dans un fichier de tableur (type Excel ou Calc). Cet outil logiciel permettra par la suite de tracer la courbe \(i = f(u)\).
Caractéristique automatique
Une seconde méthode permettant d’obtenir une allure de la caractéristique statique \(i = f(u)\) d’un dipôle est de faire varier la différence de potentiel à ses bornes en appliquant un signal dont l’amplitude varie lentement dans le temps. On peut alors mesurer la différence de potentiel \(u\) aux bornes du dipôle et le courant \(i\) le traversant à l’aide d’un oscilloscope en mode XY.
Cette méthode va nécessiter de transformer le courant en différence de potentiel, seule grandeur mesurable à l’aide d’un oscilloscope.
Instruments utiles
Pour faire varier la différence de potentiel aux bornes du dipôle, on utlisera une générateur basse fréquence (ou GBF).
Pour mesurer la différence de potentiel aux bornes du dipôle, on pourra utiliser une des voies de l’oscilloscope câblée en parallèle du dipôle.
Pour mesurer le courant traversant le dipôle, on insérera une résistance de faible valeur (afin de ne pas perturber le reste du montage par l’ajout d’un système de mesure) en série avec le dipole que l’on cherche à caractériser. On pourra alors utiliser la seconde voie de l’oscilloscope pour mesurer la différence de potentiel aux bornes de cette résistance. Par la loi d’Ohms, on retrouvera alors la valeur du courant.
Schéma de cablage
On propose le schéma suivant pour caractériser automatiquement un dipôle (ici une diode).
La résistance \(R_P\) est la résistance de protection de la LED (dipôle à caractériser ici).
La résistance \(R_I\) permet de convertir le courant traversant la branche en différence de potentiel mesurable par l’oscilloscope.
Méthode de mesure
On applique un signal dont l’amplitude varie dans le temps à l’aide du GBF : un signal triangulaire par exemple à une fréquence de quelques Hertz. On s’assurera que l’amplitude du signal fourni par le GBF est inférieure aux limitations des composants du montage.
En mesurant à l’oscilloscope les tensions U1 sur une voie et U2 sur l’autre voie, on accède à une image de la tension aux bornes du dipôle (U1 – U2, assimilable à U1 si U2 est faible pour toutes les valeurs de i) et à une image du courant traversant \(R_I\) (U2).
En traçant alors U2 en fonction de U1 (mode XY de l’oscilloscope), l’allure de la caractéristique statique du dipôle s’affiche alors.