UTILISATION DE L'OSCILLOSCOPE
A - L'APPAREIL
1 - Présentation.
La face avant d'un oscilloscope le plus simple comprend, outre l'écran d'observation, différents boutons permettant les réglages et les bornes d'entrée.
a allumage et luminosité b concentration c cadrage horizontal d cadrage vertical e gain horizontal f gain vertical t base de temps s synchronisation
m bornes d'entrée de masse
v (ou Y) borne d'entrée verticale h (ou X) " "horizontale
Certains modèles n'ont pas d'entrée h ; e disparaît. I l
n'y a pas lieu de distinguer les bornes d'entrée de masse. 2 - Le balayage.
a - but. On utilise le plus souvent l'oscilloscope pour observer les variations d'un phénomène périodique. Il est donc nécessaire de tracer sur l'écran un axe horizontal sur lequel les abscisses seront proportionnelles aux intervalles de temps.
b - Fonctionnement. Où applique aux plaques de déviation hori-zontale une tension périodique de balayage en .dents de scie (Fig. 1). Le spot décrit l'axe horizontal de gauche à droite, à vitesse constante.
En est-il bien ainsi sur l'oscilloscope dont nous disposons?
Immobilisons trois sinusoïdes l'écran. Si la dernière est moins étalée que la première nous pouvons affirmer que le balayage n'est pas d'excellente quali-té.
c - Possibilité. Le bouton t permet de faire varier la vitesse de balayage, c'est-à-dire la durée T. Sur un appareil simple, la gamme des pé-riodes s'étend, par exemple, de 2 s. à 1 ms. (fréquence de balayage 0,5 à 1000 Hz).
3 - Observation d'un phénomène périodique.
a - Application d'une tension continue Ventre m et v •
Sans balayage. On peut le supprimer sur tous les appareils qui ont une entrée h, l'utilisation de cette entrée h impliquant la suppression du balayage interne. Certains autres oscilloscopes offrent la même possibilité : Katji 320 P par exemple.
Exemple et V
=
Le spot subit un déplacement vertical d
=
s. VLe gain vertical est réglé de façon que la sensibilité s
=
1 mm/V 12 v.·3>
d = 12 lIIIl.Avec balayage, le spot décrit un segment de droite parallèle à l'axe horizontal à la distance d
=
s.V.b - Application sans balayage d'une tension sinusoïdale entre m et v.
Le spot animé d'un mouvement sinusoïdal vertical décrit une droite de longueur d = 2 s. U U = est la valeur maximale de la tension.
m m
c - Observation d'une tension sinusoida1e avec balayage.
La trajectoire du spot résulte de la composition de deux mouvements recti lignes :
- un mouvement horizontal uniforme - un mouvement vertical sinusoïdal La trajectoire résultante est sinusoïdale.
d - Observation d'un phénomène périodique quelconque
La grandeur physique observée doit toujours être transformée en une différence de potentiel. En particulier, pour observer un courant i , il faut le faire passer dans une résistance pure R. En reliant les bornes m et v aux deux extrêmités de la résistance, l'oscilloscope donne une représentation de u
=
Ri en fonction du temps.e - Synchronisation. Si les fréquences du phénomène observé et du balayage ne sont pas dans un rapport simple la courbe est instable. La synchronisation s'obtient en agissant sur s.
B - DOIT-ON RELIER LA MASSE DE L'OSCILLOSCOPE A LA TERRE?
1 - La protection obtenue en mettant la masse d'un appareil à la terre. La masse d'un appareil électrique est de toutes les parties métalliques qui constituent l'ossature de l'appareil. Dans le cas de
l'oscillos-cope, la paroi interne métallisée du tube cathodique et certains points des circuits électriques sont reliés à la masse c'est le cas de l'une des plaques de déviation verticale et de l'une des plaques de déviation horizontale.
Symbole d'une masse:
Une prise de terre est caractérisée par sa résistance qui doit être faible.
Symbole d'une prise de terre
Soit un appareil électrique qui présente un défaut d'isolement un point du circuit électrique est relié à la masse de cet appareil (Fig. 2).
Si la masse de l'appareil n'est pas "mise à la terre", la diffé-rence de potentiel entre la terre et la masse crée un risque d'électrocution.
Si l'appareil est mis à la terre et si l'installation électrique de l'usager comporte un disjoncteur différentiel, le courant de fuite qui s'éta-blit dès l'apparition du défaut d'isolement provoque l'ouverture du circuit. L'utilisateur doit réparer son appareil avant de pouvoir le réutiliser.
En l'absence de disjoncteur différentiel, la prise de terre n'améliore pas sensiblement la sécurité.
2 - L'alimentation électrique d'une salle de cours. Elle peut varier d'un établissement à l'autre. On rencontre les cas suivants :
a - Alimentation entre phase et neutre
Solution connue; la mieux adaptée à nos besoins. b - Alimentation entre deux phases :
- Aux bornes de la prise: 220 v
- Entre une borne et la terre :
V"!"
220 127 voc - Alimentation par le secondaire d'un transformateur d'iso-lement (Fig, 3) 0
La tension est nulle entre tout point du circuit électrique de la salle et la terre,
c'est l'installation qui offre le plus de sécurité. 3 - Oscilloscope et prise de terre.
On observe une tension sinusoïdale avec balayage, le circuit électrique étant alimenté par une prise de courant.
Un point A du circuit est relié à la masse (l'une des entrées m)i un point B est relié à l'entrée v.
Relier la masse de l'oscilloscope à la terre revient à relier le point A à la terre par deux fils de connexion mis bout à bout. Le courant qui s'établit dans ces fils est proportionnel à la différence de potentiel entre A et la terre.
On voit que dans le cas d'une installation du type 2c, ce courant est toujours nul ; la prise de terre est recommandable.
Dans le cas d'une installation du type 2a, il faut que A soit au po-tentiel du fil neutre pour que le courant de fuite soit nul ce qui oblige à iden-tifier les bornes de la prise de courant et limite les possibilités de montage.
On ne peut mettre l'oscilloscope à la terre dans le cas d'une ins-tallation du type 2 b (Le disjoncteur différentiel ouvrirait le circuit).
c
4 - Utilisation d'un transformateur.
Le transformateur de l'installation 2c isole le circuit de la terre. Nous venons d'en reconnaître l'avantage: possibilité de mettre un point quelconque du circuit isolé à la terre.
Dans le cas d'installations différentes. on atout intérêt à placer un transformateur entre la prise de courant et le circuit étudié. On le choisira de façon qu'il assure deux fonctions :
- l'isolement du circuit
- l'abaissement de la tension.
Un transformateur radio (de récupération) fera très bien l'af-faire en utilisant la sortie alimentation des filaments (gros fils) : 6.3 volts. Cette sortie peut débiter des courants de plusieurs ampères (ce que ne peut faire un transformateur de sonnerie). Mais i l faut prévoir une isolation des sorties haute-tension.
Justification. Soit un oscilloscope sur lequel on peut faire varier la mm/v et 5 mm/v (par action sur g). Que se
passe-t-il sion applique une tension de 200 v. aux plaques de déviation verticale. m et v. ?
La tension varie sensiblement entre - 310 v. et + 310 v. ; la tension crête à crête est de 620 v. et la sinusoide s'inscrirait dans une bande de 124 mm de hauteur pour le gain minimal; la courbe sort de l'écran.
Il faut également tenir compte de la tension maximale applica-ble à l'entrée (donnée fournie par le constructeur). qui peut être par exemple de 500 v. crête à crête (soit 250 v. crête).
Ces raisons justifient l'emploi d'un transformateur dit d'iso-lement.
C - UTILISATION DE L'OSCILLOSCOPE.
1 - A propos de la présentation de l'oscilloscope aux élèves.
a - Le spot est immobile au milieu de l'écran (Il faut toujours réduire la luminosité quand le spot est fixe afin de ne pas fatiguer la substan-ce fluoressubstan-cente au point d'impact des élections).
On montre les possibilités de réglage de la luminosité. de la concentration. des cadrages.
suivante
b - Le balayage au temps.
le déplacement horizontal est proportionnel
c - Si la notion de tension est acquise. Je propose l'expérience (Fig. 4).
Rh rhéostat 10 à 1000 .. Jl.. à curseur que l'on peut dépla-cer rapidement à la main
balayage; les élèves observent que le déplacement vertical du spot varie comme la tension .
Avec un balayage lent et pour peu que l'écran ait une rémanence (durée d'excitation de la fluorescence) assez grande, ils observent non seule-ment la valeur de la tension à l'instant considéré mais aussi les valeurs de cette tension pendant l'intervalle de temps précédent. La partie visible de la trajectoire du spot est une courbe représentant les variations de la tension en fonction du temps d. On relie m et vaux bornes de sortie 12 ou 24 v. d'un transformateur de sonnerie.
Balayage, synchronisation. L'oscillogramme révèle que la tension est sinusoïdale au secondaire du transformateur.
2 - Observation des variations de l'intensité du courant dans un circuit •
a) Principe (Fig. 5)
On veut observer les variations de l'intensité dans l'appa-reil A . Il faut introduire une résistance pure supplémentaire, r, assez petite pour qu'elle ne modifie pas sensiblement l'intensité dans le circuit . On appli-que la tension ri aux bornes d'entrée m et v. On observe la courbe
i = f (t) .
b) Une solution pratique.
On veut observer le courant i qui passe dans une lampe L (220 v - 40 w) )
40
on calcule l
=
220<
0,2A • La résistance r peut être matérialisée par une lampe L' (2,5 v - 0,2 A).3 - Observation d'un courant redressé une alternance (Fig. 6) - B relié à m et C à v on observe bien i
=
f(t)- A relié à m et B à v on observe les variations de la ten-sion u1 aux bornes de la diode.
- A relié àm et C à v : on observe les variations de la ten-sion u aux bornes du transformateur.
Remarquons que pour observer la courbe symétrique par rapport à l'axe des temps, il suffit d'inverser les connexions m et v.
4 - Précautions dans l'utilisation de l'oscilloscope.
Les tubes cathodiques de ces oscilloscopes ne sont généralement pas blindés; le faisceau électronique est alors sensible à l'action des champs magnétiques extérieurs. Eloigner aimants, bobines et appareils de mesure b. Un fil de connexion relié à v et pendant se comporte comme une antenne. Il est
le siège de phénomènes d'induction électromagnétique. Pour peu que la sensibili-té de l'oscilloscope soit assez grande, on observe toutes sortes de courbes. Ceci est à éviter devant les élèves.
'.
Je n'ai pas parlé de l'utilisation du balayage externe (borne d'entrée h utilisée). Elle permet de tracer les courbes caractéristiques
v
i
