Paul Landercy © Laboratoire d’Electrotechnique Cahier Thématique N°4 – V 1.0 - 2014
L’oscilloscope
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Principe
Un multimètre donne la tension efficace comme information pour une tension alternative. Cet appareil ne nous permet donc pas de connaître la valeur de la tension à n’importe quel instant.
En revanche, les oscilloscopes vont nous permettre d’apprécier l’allure dans le temps d’un ou de plusieurs signaux.
L’objectif est le suivant : Décrire les variations dans le temps d’une tension U à analyser, donc obtenir la fonction U(t) qui va décrire l’évolution temporelle de l’amplitude de la tension.
Etudions le principe de déviation horizontale du spot :
La tension responsable de la déviation horizontale possède l’allure suivante : allure du signal
t évolution de la position du spot
Cette fonction sera visualisable sur un écran à l’aide d’un faisceau d’électrons qui créera un spot lumineux dont la déviation verticale sera commandée par la tension à analyser. Naturellement, il faudra faire balayer horizontalement le spot afin d’observer l’évolution temporelle de la tension à analyser. Pour ce faire, on applique au faisceau d’électrons une tension supplémentaire qui sera
responsable de la déviation horizontale du spot
Système d’accélération permettant d’obtenir
un faisceau d’électrons rapides
Système de déviation horizontale
Système de déviation verticale Filament
chauffé permettant d’obtenir une
source d’électrons
fente
On a une tension de commande périodique dont la vitesse de
variation traduit la vitesse à laquelle le spot décrit l’écran
Retour du spot au départ de l’écran
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L’oscilloscope
2 Prenons le cas d’une tension sinusoïdale que l’on souhaite analyser :
Afin de remédier à ce problème on « demande » à l’oscilloscope de ne déclencher la tension de déviation horizontale que si la tension utile dépasse une certaine valeur que l’on fixe. Ainsi à l’aide d’un comparateur, on compare le signal utile au niveau fixé et on peut alors déclencher le balayage horizontal si la tension est supérieure ou inférieure au seuil fixé. Une fois le déclenchement commencé, le retour au début d’écran ne se fera qu’après avoir décrit tout l’écran et quand le signal repassera par le seuil fixé. On obtient alors dans le cas d’un signal utile de forme triangulaire :
Présentation d’un oscilloscope double voie
Un oscilloscope possède la présentation générale suivante :
a) Une partie pour le signal de déclenchement (on parle de synchronisation) : Dans cette zone on retrouve une fonction pour régler le niveau de déclenchement mais aussi une
On voit apparaître un problème car il est possible d’avoir, à chaque balayage, un écran
différent. Dans ces conditions on obtient un écran qui représente une tension « qui n’est pas stable »
Tension de déviation horizontale
Tension de déviation verticale : signal utile
Représentation du signal sur l’écran
Tension de déviation horizontale
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L’oscilloscope
3 fonction qui permet de sélectionner le signal qui va être comparé au seuil choisi. On a le choix entre les différents signaux acquis et un signal extérieur.
b) Une zone pour le réglage de la base de temps : en jouant sur cette base de temps on modifie la période du signal de déviation horizontale
c) Une zone pour le réglage de l’échelle verticale : pour traiter des signaux d’amplitude quelconque on utilise un amplificateur ce qui est à l’origine des différents calibres d) Une partie pour sélectionner un ou plusieurs des signaux acquis ainsi que le mode de
représentation
Les positions AC/DC peuvent être modélisées de la manière suivante : Ecran
Permet de sélectionner soit le représentation de V1, de V2, ou de V1+V2. Dans le cas où l’on veut apprécier V1+V2, on peut choisir entre deux modes de
représentations :Alt,chop ouXY
Réglage de la base temporelle.
Possibilité de décalibrer cette base.
Cette dernière fonction est utile pour mesurer le déphasage entre deux tensions.
Possibilité également de faire une translation horizontale de tout l’écran
Zone de réglage manuel pour la
synchronisation : on peut régler le niveau du seuil de déclenchement, déterminer la tension qui va être comparé à ce seuil, déterminez si le déclenchement se fera sur le front montant ou descendant de cette dernière tension. On peut également effecteur un réglage automatique de la synchronisation
Zone de réglage pour l’échelle verticale en tension. On peut effectuer une translation verticale des différentes tensions. On peut choisir de
représenter les tensions en mode AC, DC ou de relier les voies à la masse.
En position AC, on enlève la composante continue du signal d’entrée.
En position DC, on transmet la totalité du signal.
En position GND, on ne transmet pas le signal car on relie la voie à la masse.
Voscillo
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L’oscilloscope
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Utilisation d’une sonde d’oscilloscope
Il ne faut pas perdre de vue qu’un appareil de mesure ne doit pas perturber le système qu’il veut caractériser c’est-à-dire que la valeur lue doit bien correspondre au fonctionnement du système en absence du système de mesure. Un oscilloscope est caractérisé (après l’étage de sélection des positions AC/DC) par un étage d’entrée équivalent à une résistance d’entrée de 1M en parallèle avec une capacité de 25 pF. On va montrer que l’utilisation des sondes d’oscilloscopes permet d’effectuer des mesures en renforçant l’impédance d’entrée de l’oscilloscope ainsi que sa bande passante. Les sondes vont donc permettre d’améliorer la prise de mesures à l’oscilloscope
Mesure d’une tension à l’oscilloscope mais sans sonde :
On utilise des fils classiques, ils sont modélisés par une résistance R :
Coscillo R
0
Roscillo
Mesure d’une tension à l’oscilloscope mais avec une sonde :
La sonde est modélisée par une résistance Rcâble avec une capacité en parallèle
0
Coscillo Ccâble
Roscillo Rcâble:9M
Rq : La capacité du câble est réglable sur la tension de référence fournie par l’oscilloscope afin d’ajuster la forme exacte du signal
Problème de masse
Un oscilloscope permet de mesurer une tension en fixant l’un des potentiels à la masse. Il faudra donc toujours faire attention à ne pas avoir deux masses différentes dans un même circuit sous peine de court-circuit à travers la masse commune de l’oscilloscope
câble oscillo
oscillo
R R
R Ve
Vs
.
La sonde n’introduit aucun déphasage, Mais bien une atténuation du signal.
Que vaut cette atténuation ? Ve
Vs
oscillo oscillo
oscillo oscillo
oscillo
RR C
R avec R
R j R
R Ve
Vs
0
0
: 1
1
. .
Ve 1M Vs
25pF
1M
25pF
