Il est sûr cetteaction ne peut pas être annulée
Appareils de mesure
Un oscilloscope est un appareil électronique utilisé pour afficher et analyser des signaux électriques variant dans le temps. C'est un outil fondamental en électronique, en génie électrique et dans d'autres disciplines connexes. Les oscilloscopes montrent graphiquement comment un signal électrique change en fonction du temps, permettant aux ingénieurs et techniciens d'observer et de mesurer divers aspects du signal, tels que l'amplitude, la fréquence, la forme d'onde, la période, la tension crête à crête, et bien plus encore.
Un oscilloscope typique se compose d'un écran LCD ou à tube cathodique sur les instruments plus anciens, sur lequel la forme d'onde du signal est affichée. L'utilisateur peut ajuster l'échelle de temps et l'échelle de tension pour se concentrer sur des détails spécifiques du signal mesuré. De plus, les oscilloscopes peuvent disposer de plusieurs canaux pour mesurer et afficher plusieurs signaux simultanément.
Les oscilloscopes sont utilisés dans une grande variété d'applications, du dépannage des circuits électroniques à l'analyse des signaux dans les communications, le contrôle des processus, la recherche scientifique et le développement de produits électroniques. Leur capacité à visualiser et mesurer les caractéristiques d’un signal en fait un outil essentiel pour ceux qui travaillent avec l’électronique et l’électricité.
Il existe plusieurs types d'oscilloscopes, et leur choix dépend des besoins spécifiques de l'application et de l'environnement dans lequel ils seront utilisés. Certains des types d'oscilloscopes les plus courants comprennent :
Ces oscilloscopes utilisent un tube cathodique (CRT) pour afficher le signal sur un écran. Bien qu’ils aient été largement remplacés par les oscilloscopes numériques, ils sont encore utilisés dans certaines applications ou pour l’enseignement.
Un oscilloscope analogique fonctionnait en utilisant la technologie électronique analogique pour mesurer et afficher les signaux électriques au fil du temps. Ensuite, je vais vous expliquer comment cela a fonctionné en général :
Entrée de signal : l'oscilloscope possédait une ou plusieurs entrées de signal auxquelles les sondes de mesure étaient connectées. Ces sondes étaient connectées aux points du circuit qui devaient être mesurés et envoyaient le signal à l'oscilloscope.
Amplification : Le signal d'entrée a été amplifié électroniquement pour l'ajuster à une amplitude adaptée à l'affichage sur l'écran de l'oscilloscope. Ceci a été réalisé grâce à des étages d'amplification contrôlés par l'utilisateur, permettant d'ajuster l'échelle de tension.
Déflexion verticale : le signal amplifié a été appliqué aux plaques de déflexion verticale d'un tube cathodique (CRT) à l'intérieur de l'oscilloscope. Le tube cathodique était recouvert d'un revêtement de phosphore sensible aux électrons.
Déviation horizontale : l'oscilloscope a généré un signal de balayage horizontal qui contrôlait la vitesse à laquelle le faisceau d'électrons se déplaçait horizontalement sur l'écran CRT. Ce signal de balayage a été synchronisé avec le signal d'entrée pour garantir que la forme d'onde était affichée correctement sur l'écran.
Affichage : lorsque le faisceau d'électrons se déplaçait horizontalement et était dévié verticalement par le signal d'entrée, il générait une ligne sur l'écran CRT qui formait la représentation graphique du signal. La luminescence du phosphore sur l'écran répondait à l'amplitude du signal, permettant de voir la forme d'onde sur l'écran.
Contrôle du temps (base de temps) : l'utilisateur peut ajuster la vitesse de balayage horizontal pour contrôler l'échelle de temps sur l'écran, permettant ainsi d'observer des détails spécifiques de la forme d'onde.
Fonctionnalités supplémentaires : les oscilloscopes analogiques disposaient souvent de commandes et de fonctionnalités supplémentaires, telles que la possibilité d'ajouter plusieurs traces sur le même écran, des commandes de déclenchement pour synchroniser l'affichage avec des événements spécifiques et des fonctions d'étalonnage.
En bref, un oscilloscope analogique utilisait un tube cathodique (CRT) et une technologie électronique analogique pour afficher et mesurer les signaux électriques en fonction du temps. Bien que les oscilloscopes analogiques aient été largement remplacés par des oscilloscopes numériques dans la plupart des applications modernes, ils sont toujours utilisés dans certaines applications spécifiques en raison de leur capacité à gérer les signaux haute fréquence et de la fluidité de la représentation des formes d'onde.
Oscilloscopes numériques :
Un oscilloscope numérique (DSO) fonctionne différemment d'un oscilloscope analogique et utilise la technologie numérique pour mesurer et afficher les signaux électriques en fonction du temps. Voici comment fonctionne un oscilloscope numérique en général :
Capture du signal : Le signal d'entrée est acquis à l'aide de sondes de mesure connectées aux entrées de l'oscilloscope. Ces sondes convertissent le signal électrique analogique en un signal numérique traité dans l'oscilloscope.
Numérisation : Le signal analogique est converti en données numériques grâce à un processus de numérisation. Un convertisseur analogique-numérique (ADC) échantillonne le signal à intervalles réguliers et attribue une valeur numérique à chaque échantillon. Le taux d'échantillonnage et la résolution de l'ADC sont des facteurs importants dans la précision des mesures.
Mémoire de stockage : les données numériques résultantes sont stockées dans la mémoire interne de l'oscilloscope pour un traitement et un affichage ultérieurs. La quantité de mémoire disponible dans l'oscilloscope affecte la capacité de stockage des données et la longueur de la forme d'onde pouvant être capturée.
Traitement numérique : une fois le signal numérisé et stocké en mémoire, l'oscilloscope applique divers processus numériques, tels que la mise à l'échelle, la compensation d'atténuation de la sonde et l'étalonnage, pour garantir des mesures précises.
Affichage à l'écran : le signal traité est affiché sur l'écran de l'oscilloscope sous la forme d'une représentation graphique, généralement sous la forme d'une forme d'onde en fonction du temps. L'écran peut être un écran à tube cathodique (CRT) ou un écran LCD sur des oscilloscopes plus modernes.
Fonctionnalités supplémentaires : les oscilloscopes numériques offrent généralement un large éventail de fonctionnalités supplémentaires, telles que des mesures automatiques, des curseurs, des capacités de déclenchement avancées, le stockage et l'analyse des données, ainsi que la possibilité de se connecter à des ordinateurs pour le traitement des données et la création de rapports.
En bref, un oscilloscope numérique utilise la technologie numérique pour capturer, traiter et afficher des signaux électriques en fonction du temps. La numérisation du signal permet une plus grande polyvalence et précision des mesures, ainsi que la possibilité d'effectuer des analyses plus avancées par rapport aux oscilloscopes analogiques.
Les progrès de la technologie et les besoins des concepteurs et de l'industrie ont fait que les oscilloscopes numériques ont également augmenté en performances, de sorte que nous disposons de variantes plus spécialisées :
Oscilloscopes d'échantillonnage et de stockage (MSO) :
Les oscilloscopes MSO sont une variante des oscilloscopes numériques : ils combinent les capacités d'un oscilloscope numérique avec la capacité de mesurer plusieurs voies comme un oscilloscope analogique. Ils sont utiles pour les applications impliquant plusieurs signaux simultanés, tels que les bus de données dans les systèmes numériques.
Oscilloscopes à mémoire profonde :
Ces oscilloscopes ont une capacité de stockage nettement supérieure à celle des oscilloscopes standards, ce qui leur permet de capturer et d'analyser de longues séquences de données en continu, même à des taux d'échantillonnage élevés.
Oscilloscopes mixtes :
Ces oscilloscopes combinent les fonctionnalités d'un oscilloscope avec celles d'un analyseur logique, permettant d'analyser les signaux analogiques et numériques dans un seul instrument.
Les principales différences entre un oscilloscope à échantillonnage et à stockage (MSO) et un oscilloscope numérique (DSO) résident dans leur capacité à mesurer et à afficher des signaux numériques, notamment en ce qui concerne la capture et l'analyse de plusieurs canaux numériques. Voici une comparaison plus détaillée :
Captation des signaux :
DSO (Digital Oscilloscope) : Un DSO est principalement utilisé pour mesurer et afficher des signaux analogiques. Il peut avoir plusieurs canaux analogiques, permettant d'afficher plusieurs signaux analogiques en même temps. Certains modèles peuvent disposer d'options pour décoder et afficher les signaux numériques, mais leur fonctionnalité principale se concentre sur les signaux analogiques.
MSO (Oscilloscope d'échantillonnage et de stockage) : Un MSO est conçu pour la mesure et l'affichage de signaux analogiques et numériques. Il combine les fonctionnalités d'un oscilloscope numérique (DSO) avec la capacité de mesurer des signaux numériques, tels que les bus de données. Il peut disposer de canaux analogiques et de canaux numériques, permettant l'affichage simultané de signaux des deux types.
Chaînes numériques :
DSO : Un DSO ne dispose généralement pas de canaux numériques intégrés. Si vous devez mesurer des signaux numériques avec un DSO, vous devez généralement utiliser des sondes logiques externes et les connecter aux broches numériques de l'appareil que vous souhaitez analyser.
MSO : Un MSO possède des canaux numériques intégrés, ce qui signifie que vous pouvez mesurer les signaux numériques directement sans avoir besoin de sondes logiques supplémentaires. Cela le rend particulièrement utile pour le débogage et l’analyse des systèmes numériques.
Visualisation et analyse des signaux numériques :
DSO : Bien que certains DSO aient la capacité d'afficher des signaux numériques via des sondes logiques externes, leur fonctionnalité d'analyse des signaux numériques peut être limitée par rapport à un MSO. La plupart du temps, un DSO est utilisé pour analyser des signaux analogiques.
MSO : Un MSO est conçu pour capturer, afficher et analyser des signaux analogiques et numériques. Vous pouvez visualiser la relation entre les signaux analogiques et numériques dans un seul instrument, ce qui facilite le dépannage des systèmes combinant les deux types de signaux.
En résumé, la principale différence entre un oscilloscope à échantillonnage et à stockage (MSO) et un oscilloscope numérique (DSO) réside dans la capacité du MSO à mesurer et à afficher des signaux numériques, ainsi que des signaux analogiques, ce qui le rend plus adapté aux applications impliquant des systèmes numériques complexes. Alors qu'un DSO se concentre principalement sur les signaux analogiques, un MSO offre des fonctionnalités plus complètes pour ceux qui travaillent avec des signaux mixtes.
Le taux d'échantillonnage et la bande passante sont deux spécifications importantes d'un oscilloscope qui déterminent sa capacité à mesurer et à représenter des signaux électriques. Ces deux paramètres sont liés et sont essentiels pour comprendre la capacité d'un oscilloscope à capturer et afficher avec précision les signaux.
La fréquence d'échantillonnage est le nombre de points de données par seconde qu'un oscilloscope peut capturer et enregistrer à partir d'un signal. Elle se mesure en échantillons par seconde ou en hertz (Hz).
Dans un oscilloscope numérique (DSO), la fréquence d'échantillonnage détermine dans quelle mesure il peut reproduire la forme d'onde d'un signal. Pour représenter avec précision un signal, l'oscilloscope doit échantillonner à une fréquence au moins deux fois supérieure à la fréquence maximale présente dans le signal, selon le théorème de Nyquist-Shannon. C'est ce qu'on appelle le critère de Nyquist.
Par exemple, si vous souhaitez capturer et représenter avec précision un signal de 100 MHz, vous aurez besoin d'un oscilloscope avec une fréquence d'échantillonnage d'au moins 200 MS/s (millions d'échantillons par seconde).
Le choix de la fréquence d'échantillonnage appropriée est essentiel pour éviter le sous-échantillonnage et la distorsion du signal dans l'oscilloscope.
La bande passante d'un oscilloscope fait référence à la plage de fréquences de signaux que l'oscilloscope peut mesurer et afficher avec précision. Elle se mesure en hertz (Hz).
La bande passante détermine la capacité d'un oscilloscope à reproduire des signaux haute fréquence sans les atténuer ni les déformer. Un oscilloscope idéal devrait être capable d'afficher des signaux sinusoïdaux jusqu'à sa bande passante maximale avec une atténuation inférieure à 3 dB (décibels).
Par exemple, un oscilloscope avec une bande passante de 100 MHz peut représenter efficacement des signaux sinusoïdaux jusqu'à 100 MHz sans les déformer de manière significative.
Il est important de sélectionner un oscilloscope avec une bande passante adéquate pour des applications spécifiques, car une bande passante insuffisante limitera la capacité à mesurer avec précision les signaux haute fréquence.
En résumé, la fréquence d'échantillonnage et la bande passante sont deux paramètres clés dans le choix d'un oscilloscope numérique. Le taux d'échantillonnage détermine la quantité de données capturées par seconde, tandis que la bande passante définit la plage de fréquences que l'oscilloscope peut mesurer efficacement. Ces deux paramètres doivent être soigneusement pris en compte lors de la sélection d'un oscilloscope pour des applications spécifiques.
Il est vrai que dans les oscilloscopes numériques, contrairement aux oscilloscopes analogiques, nous pourrions prendre un échantillon de signal et ne pas voir un certain pic ou un changement rapide qui se produit entre un échantillon et un échantillon à un moment donné, par exemple en raison d'interférences, mais heureusement, de nos jours, le les fréquences d'échantillonnage des oscilloscopes numériques sont généralement bien supérieures aux exigences du critère de Nyquist.
Les curseurs d'un oscilloscope sont des outils qui permettent aux utilisateurs de mesurer avec précision et d'effectuer une analyse quantitative des formes d'onde affichées sur l'écran de l'oscilloscope. Les curseurs sont utilisés pour déterminer des valeurs spécifiques du signal, telles que l'amplitude, la période, la fréquence, le temps de montée, le temps de descente et d'autres paramètres importants. Il existe deux principaux types de curseurs sur un oscilloscope :
Curseur vertical : les curseurs verticaux sont utilisés pour mesurer l'amplitude du signal sur l'écran de l'oscilloscope. L'amplitude d'un signal électrique est la grandeur maximale de sa valeur instantanée par rapport à un point de référence, généralement la valeur zéro. Il est mesuré en unités de volts (V) et détermine la hauteur du signal par rapport à l'axe horizontal. Les utilisateurs peuvent placer deux curseurs verticaux à des points spécifiques de la forme d'onde et l'oscilloscope affichera automatiquement la différence d'amplitude entre les deux points sélectionnés.
Curseur horizontal : les curseurs horizontaux sont utilisés pour mesurer le temps sur l'écran de l'oscilloscope. Vous pouvez placer deux curseurs horizontaux à des points spécifiques de la forme d'onde et l'oscilloscope affichera automatiquement la différence de temps entre les deux points sélectionnés.
Certaines fonctions courantes pouvant être exécutées avec les curseurs de l'oscilloscope incluent :
La tension crête à crête (Vpp) est une mesure de la différence de tension entre la valeur positive la plus élevée et la valeur négative la plus basse d'un signal électrique périodique ou d'une forme d'onde sur un oscilloscope. En d’autres termes, la tension crête à crête représente l’amplitude totale d’un signal depuis son point le plus élevé jusqu’à son point le plus bas au cours d’un seul cycle.
Pour calculer la tension crête à crête d'un signal, vous soustrayez simplement la valeur minimale (généralement la valeur la plus négative) de la valeur maximale (généralement la valeur la plus positive) du signal. La formule de base est :
Vpp = Vmax - Vmin
Où:
Vpp est la tension crête à crête.
Vmax est la valeur maximale du signal.
Vmin est la valeur minimale du signal.
Par exemple, si vous avez une forme d’onde comprise entre +5 volts et -3 volts, la tension crête à crête serait :
Vpp = 5 V - (-3 V) = 8 volts
Par conséquent, dans ce cas, la tension crête à crête est de 8 volts.
La tension crête à crête est une mesure importante en électronique et en analyse de signal car elle fournit des informations sur l'amplitude totale d'un signal et peut être utile pour déterminer si un signal est adapté à une application spécifique ou pour effectuer des mesures précises du signal.
La valeur RMS (Root Mean Square) d'un signal est une mesure de l'amplitude effective d'un signal qui varie dans le temps. Il représente la valeur équivalente directe d'un signal alternatif, c'est-à-dire la valeur qu'aurait un signal alternatif s'il était converti en un signal continu avec la même puissance dissipée.
La valeur RMS est calculée par la racine carrée de la moyenne des carrés des valeurs instantanées du signal sur une période de temps donnée.
Cependant, dans le contexte des signaux électriques, il ne faut pas oublier ce que nous appelons le facteur de forme d'un signal électrique.
Le « facteur de forme » dans le contexte des signaux électriques fait référence à la relation entre la valeur de crête d'un signal et sa valeur RMS (Root Mean Square). Le facteur de forme est une mesure qui fournit des informations sur la manière dont un signal oscille autour de sa valeur RMS. Il est couramment utilisé en électronique et en analyse de signaux pour caractériser la forme d'onde d'un signal et comprendre comment son amplitude varie par rapport à sa valeur RMS.
Le facteur de forme est calculé en divisant la valeur crête du signal par sa valeur RMS, et est généralement exprimé sous forme de rapport ou en décibels (dB) :
Facteur de forme = valeur maximale / valeur RMS
Facteur de forme (en dB) = 20 * log10 (valeur de crête / valeur RMS)
Un facteur de forme de 1 indique que le signal a une forme d'onde sinusoïdale, puisque la valeur de crête est égale à la valeur efficace dans un signal sinusoïdal pur. Si le facteur de forme est supérieur à 1, cela signifie que le signal présente des pics plus élevés par rapport à sa valeur RMS et est donc plus « pointu » ou « pulsé » dans sa forme d'onde. Si le facteur de forme est inférieur à 1, le signal présente des pics plus faibles par rapport à sa valeur efficace et est plus « aplati » ou « lissé » dans sa forme d'onde.
La valeur RMS est donc une mesure importante en électronique et en analyse de signaux car elle est liée à la puissance réelle dissipée par un signal dans un composant électrique, tel qu'une résistance. Lorsque vous travaillez avec des signaux de courant alternatif, tels que des signaux secteur ou des signaux audio, la valeur RMS est couramment utilisée pour exprimer l'amplitude effective du signal et calculer la puissance réelle consommée ou délivrée par le signal.
La fréquence d'un signal périodique est une mesure qui indique le nombre de cycles complets (ou répétitions) qui se produisent dans le signal au cours d'une période de temps spécifique. En d’autres termes, la fréquence représente la rapidité avec laquelle un signal se répète ou change au fil du temps et est mesurée en hertz (Hz).
Le hertz (Hz) est l'unité de mesure de la fréquence et est défini comme un cycle par seconde. Par exemple, si un signal a une fréquence de 100 Hz, cela signifie qu’il se répète ou change 100 fois en une seconde.
En résumé, la fréquence est une caractéristique fondamentale pour décrire et travailler avec des signaux dans diverses applications dans les domaines de l’électronique, des communications, de la musique et bien d’autres domaines.
La période est l'inverse de la fréquence et représente la durée d'un cycle complet du signal. Elle est exprimée en secondes (s) et est égale à 1 divisé par la fréquence (T = 1/f)
Le temps de montée et le temps de descente sont deux paramètres utilisés pour décrire la vitesse à laquelle un signal passe d'un niveau de tension à un autre dans une forme d'onde. Ces temps sont particulièrement importants dans la caractérisation des signaux numériques et analogiques, et leur mesure est essentielle dans les applications d’électronique, de communications et d’analyse de signaux. Voici ce que sont le temps de montée et le temps de descente :
Le temps de montée, également appelé temps de montée ou temps de montée, est le temps nécessaire à un signal pour passer de 10 % à 90 % de sa valeur maximale ou de 20 % à 80 % de sa valeur maximale. Elle est mesurée à partir du point où le signal commence à monter jusqu'au point où il atteint le niveau requis.
Le temps de montée est important dans les applications numériques car il affecte la capacité des circuits électroniques à changer d'état rapidement et avec précision. Un temps de montée plus court permet une transition plus rapide entre les états et est donc souhaitable dans les systèmes numériques à haut débit.
En résumé, le temps de montée et le temps de descente sont deux paramètres qui décrivent la vitesse à laquelle un signal change de niveau dans une forme d'onde. Ils sont essentiels pour évaluer la vitesse et la précision des transitions de signaux dans les applications électroniques et de communication. Le temps de montée fait référence au passage d'un niveau bas à un niveau haut, tandis que le temps de descente fait référence au passage d'un niveau haut à un niveau bas.
La largeur d'impulsion, souvent appelée « largeur d'impulsion » ou « cycle de service », est un paramètre utilisé pour décrire un signal périodique, en particulier dans le contexte de signaux de forme d'onde carrée ou d'impulsions. La largeur d'impulsion représente la proportion de temps pendant laquelle un signal est dans son état actif (haut) par rapport à la période entière du signal.
La largeur d'impulsion est généralement exprimée en pourcentage ou en fraction de la période du signal. Par exemple, si vous avez un signal carré avec un rapport cyclique de 50 %, cela signifie que le signal est dans son état actif (haut) pendant la moitié de la période et dans son état inactif (bas) pendant l'autre moitié de la période. Ceci est représenté par un cycle de service de 50 %.
Le calcul de la largeur d'impulsion s'effectue comme suit :
Largeur d'impulsion = (Durée en état actif / Période) * 100 %
Où:
Durée active : la durée pendant laquelle le signal est dans son état actif (haut).
Période : la durée complète d'un cycle de signal.
La largeur d'impulsion est une caractéristique importante des signaux de commande et de modulation, car elle détermine la durée pendant laquelle un signal est actif par rapport à sa période totale. Par exemple, dans un signal de modulation de largeur d'impulsion (PWM), la largeur d'impulsion contrôle la quantité de puissance fournie à un dispositif ou un composant pendant un cycle. La largeur d'impulsion est également utilisée pour décrire la fréquence et la vitesse de commutation des signaux numériques, ainsi que dans les applications d'électronique de puissance et de contrôle.
En résumé, les curseurs d'un oscilloscope sont particulièrement utiles lorsque vous devez effectuer des mesures précises sur une forme d'onde ou lorsque vous évaluez les caractéristiques spécifiques d'un signal. Ils permettent aux utilisateurs de quantifier et d'analyser les données avec plus de précision, ce qui est essentiel dans les applications de laboratoire, la conception électronique, le dépannage et les tests de circuits.
Pour mesurer des signaux électriques avec un oscilloscope, vous pouvez suivre les étapes générales suivantes :
Allumez l'oscilloscope et laissez-le chauffer quelques minutes si nécessaire. Connectez les sondes de mesure appropriées à l'oscilloscope. Assurez-vous que les sondes sont en bon état et calibrées si nécessaire.
Connectez la sonde de mesure à la source du signal que vous souhaitez mesurer.
Réglez l'interrupteur de couplage de la sonde en fonction du type de signal : AC (alternatif) pour les signaux en courant alternatif et DC (courant continu) pour les signaux en courant continu.
Ajustez l'échelle de tension de la sonde afin qu'elle soit appropriée au signal que vous mesurez. Cela se fait à l'aide du bouton de réglage de l'échelle verticale.
Ajustez l'échelle de temps sur l'axe horizontal afin de pouvoir voir correctement le signal sur l'écran. Cela se fait à l'aide du bouton de réglage de l'échelle horizontale.
Réglez la vitesse de balayage (taux d'échantillonnage) de l'oscilloscope en fonction du signal que vous souhaitez mesurer.
Configure la fonction de déclenchement de l'oscilloscope pour stabiliser l'affichage du signal. Le déclenchement permet à l'oscilloscope de synchroniser l'affichage du signal avec des événements spécifiques, tels que des fronts montants ou descendants.
Ajuste le niveau de déclenchement pour que l'oscilloscope se synchronise correctement avec le signal. Cela se fait à l'aide du bouton de réglage du niveau de déclenchement.
Observez la forme d'onde du signal sur l'écran de l'oscilloscope. Vous pouvez utiliser des curseurs pour mesurer des valeurs spécifiques, telles que l'amplitude, le temps de montée, le temps de descente, la période, la fréquence, etc.
Utilisez les fonctionnalités de mesure automatique de l'oscilloscope si elles sont disponibles pour obtenir des mesures de signal précises.
Si nécessaire, utilisez la fonction de stockage pour capturer et analyser le signal plus en détail. Certains oscilloscopes vous permettent d'enregistrer et d'examiner les formes d'onde pour une analyse ultérieure.
Une fois vos mesures terminées, éteignez l'oscilloscope de manière appropriée et débranchez les sondes de mesure.
N'oubliez pas que les paramètres et les procédures peuvent varier en fonction du modèle et de la marque de l'oscilloscope. Consultez donc le manuel d'utilisation de l'oscilloscope spécifique que vous utilisez pour obtenir des instructions détaillées et précises.
