Oscilloscope

règle la concentration du faisceau (et donc la finesse du tracé) ; les plaques verticales X et X', provoquent une déviation horizontale du faisceau ; les plaques horizontales Y et Y', provoquent une déviation verticale du faisceau. l'écran fluorescent, sur lequel 1'impact du faisceau laisse une trace lumineuse : le spot. L'enceinte de verre : tous les éléments du tube cathodique sont placés dans une enceinte de verre dans laquelle règne un vide de 10-6 mm de mercure. L'extrémité de cette enceinte est recouverte d'une substance fluorescente, c'est l'écran de l'oscilloscope.

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Mode de fonctionnement

Le signal à mesurer est appliqué à l'entrée de la voie 1ou 2 de l'oscilloscope. La tension du signal est convertie - grâce à un amplificateur - en une "haute" tension UYY', qui sera appliquée entre les plaques Y et Y'. La haute tension UYY', qu'on peut modifier à l'aide du commutateur Volts/div., provoque une déviation verticale du faisceau d'électrons. Le spot se déplace alors selon l'axe vertical (y'y) d'une hauteur proportionnelle à la valeur de UYY'; cette dernière dépend bien sûr du calibre choisi. Un dispositif incorporé à l'oscilloscope, appelé base de temps, produit en mode balayage une tension UXX' en dents de scie, de période T (appelée période de balayage). T est ajustable grâce au bouton Time/Div. Pour afficher des signaux dépendant du temps, l'oscilloscope affiche une succession d'images de ces signaux. Sans synchronisation du balayage, les images successives se superposent avec un décalage et on observe un mouvement "apparent" de l’image. La synchronisation, qui est l'affaire du circuit de déclenchement (ou "Trigger"), impose un délai d’attente de déclenchement (Hold Off), afin de démarrer le signal toujours du même endroit. Ainsi les images successives se superposent de façon "synchronisée", et on observe alors une image "stable". Réglage du Trigger : pour réussir la synchronisation, le départ de la « dent de scie » doit être "correctement" déclenché (voir détails plus loin). 2

y

Y Y'

X X'

y'

UXX'

t

T

UXX'

Hold Off

Vitesse des électrons dans le tube cathodique La vitesse des électrons du faisceau est déterminée par la tension accélératrice U0 entre anode et cathode; en négligeant la vitesse initiale des électrons : 2 Ec Ec = qe U 0 ≈ 3,2 10–16 J ce qui donne : v = ≈ 27000 km.s–1. m Avec de telles vitesses, le tracé de U(t) sur l'écran fluorescent est quasi instantané. Tension entre les plaques et déviation du faisceau d'électrons La déviation D du faisceau est proportionnelle à la tension U(t) appliquée entre les plaques de déviation : q lL D= e 2 U mv d où l est la longueur des plaques de déviation, d la distance qui les sépare, et L la distance entre leur centre et l’écran fluorescent.

Câbles de connexion

Pour recueillir le signal à l'oscilloscope, on utilise un câble coaxial. Le câble coaxial contient deux conducteurs cylindriques de même axe. Aux extrémités du câble coaxial se trouvent des fiches BNC ou des fiches bananes. Pour les convertisseurs BNC-banane, l’embout rouge est relié au conducteur interne et le noir au conducteur externe. C’est toujours le conducteur externe qui est relié à la masse. Il convient que les câbles de mesure destinés à la transmission des signaux entre le point de mesure et l'oscilloscope soient aussi courts que possible. Tous les câbles de transmission de signaux doivent en principe être blindés, afin d'éviter que des signaux parasites ne viennent perturber le signal à étudier (d'où utilisation de câbles coaxiaux, la "tresse" faisant "effet d'écran"). Il faut toujours veiller à une bonne liaison de masse.

Les commandes d'un oscilloscope

Pour pouvoir utiliser un oscilloscope, on commence toujours par localiser les diverses commandes visibles sur sa face avant (voir page ci-contre).

Propriétés des voies d'entrée

Il existe deux voies d'entrée : voie 1 (CH I) et voie 2 (CH II). Chaque voie comporte deux bornes (regroupées dans une seule connexion coaxiale, nécessitant une fiche BNC) l’une des deux bornes est la "masse" ( ), reliée au boîtier métallique de l’oscilloscope afin de protéger contre les parasites radio (cage de Faraday). Souvent, la masse de l'oscilloscope est reliée à la prise de terre ( ). Chaque voie est munie d'un commutateur Volts/div. (div. est l'abrégé de division); celui-ci permet de changer le calibre de la voie choisie (le commutateur est directement relié à un 3

amplificateur de signaux électriques, et chaque "calibre" est relié à un "gain" donné de cet amplificateur). Le commutateur Volts/div. est aussi muni d’un bouton central qui joue le rôle de “zoom”. Ce zoom "allonge" le signal verticalement pour, par exemple, faciliter la comparaison de la forme de deux signaux. Toutefois, pour passer à la mesure des amplitudes des signaux, il ne faut jamais oublier d'annuler la fonction "zoom" et de remettre le commutateur en position “calibrée” (c.-à-d. bouton central en butée à droite). Il faut systématiquement vérifier la position des boutons "zoom" avant d'effectuer une quelconque mesure d'amplitude. Pour régler le "zéro" à la position désirée sur l’écran (le milieu de l'écran, en général), on n'a pas besoin de débrancher les fils raccordés sur les entrées de l'oscilloscope, il suffit juste d'appuyer sur le bouton GND ("ground" ou masse). Dans ce cas, l'entrée est court-circuitée à la masse. Chaque voie dispose de deux positions de fonctionnement : "entrée directe" (DC) ou "entrée alternative" (AC). En général, un signal électrique, reçu à l'entrée de l'oscilloscope, admet une composante continue (parfois appelé OFFSET) à laquelle s'ajoute une composante alternative. En appuyant sur la touche DC de la voie d'entrée, le signal est reçu, par l'oscilloscope, dans sa totalité. En appuyant sur la touche AC, l'entrée de l'oscilloscope va sélectionner juste la composante alternative du signal (car, dans ce cas, un condensateur série élimine la composante continue du signal). Comment choisir entre DC et AC? Si la composante continue gène une bonne visualisation du signal, on sélectionne la touche AC. Mais il faut toujours avoir à l'esprit que la touche AC comporte un condensateur d’entrée (quelques dizaines de pF) qui risque de déformer les signaux, ou de les déphaser (surtout en basse fréquence). Il faut donc toujours commencer l’observation des signaux en position DC, même lorsqu’on mesure des signaux alternatifs. Le passage en AC (rarement utile) ne doit se faire qu’en toute connaissance du signal total. Commutateur "Base de temps" : permet le réglage de la "vitesse" de balayage horizontal par valeurs calibrées (Time/DIV). Le bouton central du commutateur, ou "zoom" temporel, permet de "dilater" horizontalement la courbe du signal (ce qui peut être utilise quand on a besoin d'effectuer des mesures relatives). Mais dans ce cas, l'axe temporel n'est plus calibré; pour revenir à une base de temps "calibrée", le bouton central doit être en butée droite (commencer toujours par vérifier ce bouton avant d'effectuer des mesures de périodes et de fréquences). Réglage du Trigger (ou circuit de déclenchement). Pour assurer une bonne synchronisation de la base de temps avec les signaux à visualiser, l'utilisateur doit indiquer à l'oscilloscope : a- sur quel signal il doit synchroniser le déclenchement. En appuyant sur CHI, nous sélectionnons la voie 1 et nous la prenons comme source de déclenchement. Idem si nous appuyons sur CHII. En appuyant sur la touche ALT, la synchronisation est déclenchée alternativement par CHI et CHII. Le déclenchement peut aussi provenir d'un signal externe (si on utilise la commande EXT.)). En appuyant sur la touche AT/NM le déclenchement a lieu même en l'absence de signal sur les voies d'entrée. En appuyant simultanément sur AT/NM et ALT le déclenchement se fait par le signal 50Hz du secteur (symbole ~). b- si le signal de déclenchement est choisi, on peut alors sélectionner la pente de déclenchement et le niveau de celui-ci? Les pentes sont symbolisées par et ; le seuil de déclenchement peut, quant à lui, être modifié grâce au bouton Level (ce "level" indique la valeur de la tension du signal d'entrée à partir de laquelle le balayage commence à gauche de l'écran). c- aussi il est possible d'indiquer sur quel mode le déclenchement sera couplé au signal; en effet, il peut y avoir choix entre les modes : DC, AC, avec filtre passe-bas LF (utile pour les signaux avec bruits) ou TV (signaux de télévision).