L'OSCILLOSCOPE
L'oscilloscope: présentation
- Un oscilloscope, comment ça marche?
- Un scope sur PC
- Utilisation d'un oscilloscope moderne
- Un oscilloscope, est-ce vraiment utile?
- Description d'un oscilloscope moderne
- Utiliser un oscilloscope
L'oscilloscope: présentation
L'électricité demeure mystérieuse car elle est invisible: on peut voir les éléments d'un circuit électrique (l'interrupteur, les fils, l'ampoule...), on peut voir ses effets (l'ampoule qui s'allume, qui chauffe...), mais on ne voit jamais ce qui se passe dans les fils ou les récepteurs, c'est-à-dire à quoi ressemble le mouvement des électrons.
Un appareil, toutefois, permet de traduire en images le mouvement des électrons dans un circuit électrique: c'est l'oscilloscope...
L'oscilloscope est un appareil qui représente un signal électrique sous la forme d'une trace visible sur un écran: le plus souvent, il montre la variation de la tension du signal étudié en fonction du temps.
Grâce au "scope", on peut ainsi observer de visu l'allure d'un signal électrique et son évolution dans le temps...
Cet appareil se révèle aussi indispensable au laboratoire qu'à l'atelier, où il rend les plus grands services tant pour la mise au point que pour la maintenance ou le dépannage, sans parler de son immense intérêt en tant qu'outil pédagogique.
On ne sera pas étonné d'apprendre qu'il existe sur le marché de nombreux modèles d'oscilloscopes, analogiques ou numériques, du plus simple au plus sophistiqué: du bon vieux "simple trace" (en voie de disparition, tout de même...) au rutilant modèle high tech "à quatre traces" relié à un ordinateur, permettant d'étudier simultanément et sous toutes les coutures jusqu'à quatre signaux ultra-rapides...
Un scope analogique standard. Ce modèle d'entrée de gamme offre toutefois de belles prestations: 2 voies, 35 MHz, sensibilité de 1mV - 20V/div, base de temps de 0,2s à 10ns/div, testeur de composants, etc. (Document Hameg.)
Comment fonctionnent ces appareils?
Le filament et la cathode de l'oscilloscope produisent une source d'électrons libres, que des grilles accélèrent et concentrent en un faisceau dirigé vers le fond phosphorescent d'un tube cathodique. Ce faisceau produit un spot, qui est déplacé sur l'axe X par les plaques de déviation horizontales, via l'amplificateur horizontal, et sur l'axe Y par les plaques de déviation verticales, via l'amplificateur vertical. Le faisceau semble donc dessiner une ligne continue, appelée trace. L'écran du tube est quadrillé par un graticule de 10 divisions horizontales et 8 verticales.
Le bouton HOLD OFF permet d'introduire un délai par rapport au moment de déclenchement. Dans la majorité des cas, un débutant se contentera de laisser ce réglage au minimum.
Le réglage TV-separation peut occuper trois positions. Il est utilisé lorsqu'on désire travailler sur un poste de télévision. Attention! La présence de tensions très élevées dans les postes de télévision rend cette opération dangereuse. Elle est donc strictement réservée à des personnels qualifiés. La position correcte de ce réglage est donc OFF.
Voici maintenant l'un des réglages essentiels de l'oscilloscope: le rotacteur TIME/DIV. Il permet de faire varier le temps de balayage de 0,2 seconde à 0,5 µs.
Si on choisit un réglage de 0,2 s/DIV, le spot mettra 2 secondes pour franchir les 10 divisions. Sur la position 0,1 s/DIV, il ne mettra que 1 seconde. A partir d'une valeur de 10 ms/DIV, le spot n'est plus visible de manière ponctuelle: il laisse la place à une ligne continue, ceci en raison de la persistance rétinienne.
Le commutateur en bas, à gauche de TIME/DIV, permet de choisir entre différentes options de déclenchement (TRIGGER). D'une manière générale, la position adéquate sera AC.
Les autres positions (DC, HF pour High Frequency, LF pour Low Frequency et ~ pour une fréquence de 50 Hz) ne sont utilisées que pour des mesures qui ne présentent pas d'intérêt pour un débutant.
La DEL rectangulaire TRIG s'illumine lorsqu'un point de déclenchement a été détecté.
A droite de TIME/DIV, on trouve un groupe de boutons qui permettent de synchroniser l'affichage du scope avec le signal qu'on désire étudier.
Lorsque AT/NORM n'est pas enfoncé, le déclenchement est automatique. C'est la position la plus courante.
Si on enfonce AT/NORM, on utilise alors le bouton LEVEL pour visualiser le signal.
Le bouton EXT n'est enfoncé que si le déclenchement est provoqué par un signal externe présenté sur l'entrée TRIG INP (trigger input). Dans tous les autres cas, ce bouton ne doit pas être enfoncé.
En résumé, on met le scope sous tension à l'aide du bouton M/A, on laisse X-Y en position OUT (pas enfoncé), HOLD-OFF au mini, TV-SEP sur OFF, TRIG sur AC, AT/NORM sur OUT (pas enfoncé), et il ne reste plus qu'à choisir le réglage de TIME/DIV. Ce n'était donc pas si sorcier...
Passons à présent à la partie inférieure du panneau de contrôle:
Lorsque le bouton INVERT est enfoncé, le signal correspondant est inversé, de bas en haut, à l'écran. Voilà qui ressemble assez à un gadget... |
Chaque voie possède un réglage indépendant de l'échelle verticale, à savoir celle des VOLTS / DIV. Il s'agit là d'un réglage de première importance, sur lequel on sera très souvent amené à intervenir. Les positions vont de 20 V à 5 mV par division.
Un commutateur à glissière DC/AC/GND permet de choisir, pour chaque voie:
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Ces deux sorties CAL délivrent des signaux carrés d'amplitude 0,2 V et 2 V à 50 Hz, respectivement. Ces signaux sont utilisés pour vérifier que le scope est correctement calibré. |
Voilà, nous avons fait le tour des commandes et réglages disponibles. Force est de reconnaître que l'abondance des boutons et curseurs, effrayante pour un néophyte, cache en réalité une relative simplicité dès lors qu'on entend se limiter aux fonctions les plus courantes...
Utiliser un oscilloscope
Mise en route
Nous allons à présent mettre le scope sous tension et apprendre à nous en servir...
Tout d'abord, il convient de s'assurer que tous les réglages sont en position correcte; c'est une bonne habitude à prendre, surtout si l'appareil est utilisé par d'autres personnes. La "position correcte" est celle indiquée dans le mode d'emploi de l'appareil. Le plus souvent, les boutons sont sortis (pas enfoncés), les interrupteurs à glissière en position haute et les réglages fins en position centrale.
Placez maintenant les rotacteurs TIME/DIV sur la position 1 V/DIV et VOLTS/DIV sur 0,2 s/DIV, soit sa plus petite valeur de réglage.
On allume la machine en appuyant sur le gros bouton POWER. La DEL-témoin verte s'illumine et, au bout d'un instant, un spot lumineux traverse l'écran.
Essayez les contrôles Y-POS I, INTENSITY et FOCUS. Ajustez ces réglages de manière à bien centrer le spot au milieu de l'écran. Le spot doit être lumineux mais pas éblouissant, et aussi net que possible.
Voyez maintenant l'effet produit lorsque le rotacteur TIME/DIV passe de la position 0,2 s/DIV à une vitesse de balayage supérieure. Le spot traverse l'écran de plus en plus vite.
Le réglage VOLTS/DIV du canal 1 détermine, on l'a dit, l'échelle de l'axe vertical, celui des volts. Placez-le sur 1 V/DIV: chaque division verticale correspond alors à une tension de 1 volt. Assurez-vous que Y-POS I est bien centré, que INVERT (si votre modèle dispose de ce bouton) est en position normale, que le curseur AC/DC/GND est sur AC, et que les trois boutons de réglage CH1/CH2, DUAL et ADD ne sont pas enfoncés. Dans cette configuration, on ne visualise que la trace du signal 1.
Test de calibration
Nous allons à présent vérifier le calibrage du scope, en utilisant la source interne CAL prévue à cet effet (elle se trouve sous l'écran). Pour cela, nous allons d'abord relier la fiche BNC de la sonde à l'entrée CH1 (on l'enfonce, puis on tourne à droite). |
Ce test consiste, ni plus ni moins, à présenter sur l'entrée CH1 un signal carré dont l'amplitude est de 2 V et la fréquence 50 Hz. Utilisez les réglages VOLTS/DIV et TIME/DIV pour obtenir une représentation fidèle du signal, comme ci-dessous:
Vous pouvez affiner l'affichage en manipulant légèrement les boutons Y-POS 1 et X-POS. Observez l'effet (et l'utilité) de ces réglages. N'oubliez pas que les axes gradués vous permettent de mesurer des valeurs précises (amplitude en volts, fréquence ou période)!
Utiliser les sondes
Une sonde est un câble coaxial (similaire à un câble TV), terminé à une extrémité par une fiche type BNC, et à l'autre par deux fils, un rouge et un noir, reliés à des pinces crocodiles ou parfois à des pointes de touche.
Le connecteur BNC doit être inséré dans la prise du scope (CH1 ou CH2, selon le cas); on pousse, puis on tourne. La pince croco du fil noir doit être reliée à 0 V ou GND. On utilise ensuite la pointe de touche (ou la pince croco du fil rouge, suivant ce qui s'avère le plus pratique) pour tester les différents points du circuit.
Une bonne manière de se familiariser avec l'oscilloscope consiste à tester un circuit connu, de préférence très simple, par exemple un 555 monté en multivibrateur. Il est ainsi aisé de comparer le résultat obtenu à l'écran (forme d'onde, amplitude, fréquence...) et celui obtenu par le calcul. On aura alors tout intérêt à faire varier un paramètre (valeur de R, ou de C) pour observer son influence.
Lorsqu'on aura bien compris les notions de base avec affichage d'une seule trace, on exploitera au mieux les possibilités de l'appareil en affichant deux traces simultanément.
Affichage de deux traces simultanément. On peut ainsi comparer deux signaux.
L'expérience aidant, le recours au "scope" deviendra bien vite une seconde nature...
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