Qu’est-ce qu’un oscilloscope ?
Un oscilloscope est un instrument qui émet des signaux électriques sous forme d’ondes sur un écran. Il se caractérise par sa capacité à observer les changements de signaux dans le temps en deux dimensions.
Les oscilloscopes sont classés en deux grandes catégories : les analogiques et les numériques.
1. Oscilloscopes analogiques
Ce terme désigne les oscilloscopes qui dessinent des formes d’onde en balayant un faisceau d’électrons sur la surface d’un tube cathodique pour observer le signal d’entrée. Le signal d’entrée de l’oscilloscope est immédiatement affiché sous la forme d’une onde, avec seulement un petit retard.
2. Oscilloscope numérique
Il désigne un oscilloscope qui convertit le signal d’entrée en données numériques à l’aide d’un convertisseur A/N. Il stocke les données en mémoire et affiche ensuite la forme d’onde sur l’écran. Contrairement aux analogiques, il s’agit d’un ensemble de données discrètes, de sorte que les données sont complétées entre elles et affichées sous la forme d’une courbe lisse.
Utilisations des oscilloscopes
Les oscilloscopes observent les signaux électriques sous forme d’ondes, ce qui permet à l’utilisateur de vérifier visuellement le fonctionnement des circuits électroniques. Ils peuvent être utilisés pour contrôler les formes d’onde des signaux dans les circuits électroniques et vérifier qu’ils fonctionnent comme prévu dans la conception.
Lors de la vérification du fonctionnement des circuits numériques à grande vitesse, les signaux doivent être capturés à un moment fiable qui n’est pas affecté par les fluctuations du signal numérique. Les oscilloscopes servent à définir précisément ce moment.
Ils se révèle également être un instrument de mesure efficace pour la réparation des équipements électroniques. En effet, si la cause de la défaillance de l’équipement se trouve dans le circuit électronique, la partie défectueuse peut être retrouvée grâce à eux. Pour ce faire, ils tracent les formes d’onde des signaux des différentes parties du circuit électronique.
Principe des oscilloscopes
Dans les oscilloscopes analogiques classiques, le signal d’entrée de la sonde est transmis à leur circuit d’amplification verticale. Le signal est atténué ou amplifié au sein de ce dernier, puis transmis à la plaque déflectrice verticale du tube cathodique.
La tension appliquée à cette plaque provoque un balayage ascendant et descendant du faisceau d’électrons. Cette séquence d’événements est le principe de l’oscilloscope. Le signal d’entrée est transmis simultanément au circuit de déclenchement. Suite à cela, le faisceau d’électrons commence à balayer horizontalement dès que le signal correspond à la condition de déclenchement définie.
Dans les oscilloscopes numériques, le signal d’entrée est converti en données numériques par un convertisseur A/N et les données sont stockées séquentiellement dans la mémoire. Ensuite, après un certain temps écoulé à partir du moment où le signal d’entrée répond à la condition de déclenchement, le stockage de nouvelles données est interrompu.
En conséquence, la mémoire enregistre les signaux avant et après le moment où la condition de déclenchement est remplie et ces signaux sont affichés sous forme d’ondes sur l’écran. En d’autres termes, la forme d’onde du signal avant le déclenchement peut également être observée.
Les données contenues dans la mémoire peuvent également servir à analyser des formes d’onde, par exemple celle de fréquence des signaux à l’aide d’opérations FFT. De plus, les données peuvent être transférées sur une carte mémoire pour l’analyse et le stockage des données sur un PC.
Comment choisir un oscilloscope ?
Lors de la sélection d’un modèle, il est important que l’oscilloscope ait des spécifications suffisantes pour la tâche de mesure. En particulier, la réponse en fréquence, la fréquence d’échantillonnage, le nombre de canaux, la longueur de la mémoire et les types de sondes disponibles doivent être pris en compte.
En plus de l’utilisation de base des oscilloscopes pour l’observation des formes d’onde, les applications actuelles de ceux-ci s’étendent à la vérification de la synchronisation, à l’analyse des formes d’onde et aux tests de conformité. De ce fait, la gamme de mesures et les fonctionnalités augmentent en conséquence. Il est donc nécessaire de choisir un modèle dont les fonctions sont adaptées à l’usage qui en est fait.
Comment utiliser un oscilloscope ?
En plus de l’observation des variations de tension dans le temps, les oscilloscopes peuvent également mesurer la fréquence de signaux répétés et tracer des courbes de Lissajous. On s’en sert largement lors les tests d’évaluation des circuits électroniques, l’observation de la forme d’onde des signaux vidéo et audio, le test des caractéristiques de réponse des dispositifs de puissance, la mesure de la marge temporelle des circuits numériques à grande vitesse et l’évaluation des produits mécatroniques.
La préparation de la mesure comprend l’ajustement de la phase de la sonde et celui de l’inclinaison de la sonde par rapport à la sonde. L’ajustement du skew est particulièrement essentiel lorsque des sondes de courant et de tension sont utilisées ensemble, car la sonde de courant a un temps de retard important. Il est également essentiel d’attendre environ 30 minutes après la mise sous tension avant de procéder à la mesure. Cela permet de garantir une précision suffisante.
L’astuce pour observer réellement la forme d’onde souhaitée réside dans le réglage du déclenchement. Avec les oscilloscopes analogiques, les seuls facteurs de réglage sont la sélection de la pente, le niveau de déclenchement et le délai de déclenchement. Toutefois avec les oscilloscopes numériques, diverses conditions de déclenchement telles que la largeur d’impulsion et l’intervalle peuvent être réglées en plus de ces facteurs.
De plus, le déclenchement séquentiel, où les signaux sont capturés lorsque plusieurs conditions de déclenchement sont remplies, est également disponible. Des techniques sont nécessaires pour les utiliser afin de capturer le signal à observer.
Autres informations sur les oscilloscopes
1. Caractéristiques et différences entre les oscilloscopes analogiques et numériques
Les caractéristiques des deux types d’oscilloscopes peuvent être résumées comme suit :
Oscilloscopes analogiques
- Excellentes performances en temps réel, avec un temps mort court entre la capture et l’affichage d’un nouveau signal
- Fréquence d’apparition de formes d’ondes identiques pouvant être déterminée par la luminosité du signal
- Ne convient pas à l’observation de phénomènes ponctuels ou à faible fréquence de répétition
- Nécessite un équipement photographique pour sauvegarder les résultats de l’observation
- Analyse à partir des formes d’onde impossible
Oscilloscope numérique
- Permet d’afficher des informations supplémentaires sur des phénomènes ponctuels
- Résultats d’observation pouvant être traités sous forme de données électroniques, ce qui facilite leur stockage
- Formes d’onde pouvant être traitées comme des données numériques et analysées par un processeur
- Temps d’observation réel relativement court en raison du long temps mort nécessaire au traitement du signal
- Information sur la fréquence de la forme d’onde perdue dans les formes d’onde répétées
Aujourd’hui, il n’existe plus d’oscilloscopes analogiques pour les seules applications de mesure industrielle, et les numériques représentent presque 100% du choix.
Cela est dû à la disponibilité généralisée de convertisseurs A/N à grande vitesse et de processeurs pour le traitement des formes d’onde, ainsi qu’aux progrès technologiques qui compensent les lacunes des oscilloscopes numériques. Cela a conduit à la disponibilité de produits hautement fonctionnels à des prix relativement bas.
2. Points à noter concernant les oscilloscopes
Plusieurs points doivent être pris en compte lors de l’utilisation d’un oscilloscope pour observer des formes d’ondes correctes. De plus, il est particulièrement important de choisir un modèle dont la réponse en fréquence couvre suffisamment la bande de fréquence à mesurer.
La réponse en fréquence d’un oscilloscope est définie comme la fréquence à laquelle l’amplitude tombe à -3 dB. Afin d’obtenir une mesure précise de l’amplitude, il faut donc choisir un modèle avec une réponse en fréquence d’environ cinq fois la fréquence du signal testé.
Pour les oscilloscopes numériques, il faut également prêter attention à la fréquence d’échantillonnage des données. Si cette fréquence est inférieure à deux fois la fréquence du signal testé, un repliement se produit et des formes d’onde erronées sont affichées.