L'oscilloscope est un outil
qui permet de visualiser des tensions et de mesurer différentes
grandeurs telles l'amplitude ou la période d'une tension alternative.
Tous les oscilloscopes fonctionnent de la même
manière et présentent les mêmes réglages : seule l'ergonomie peut
être différente d'un modèle à l'autre.
Nous présentons ici un
modèle d'oscilloscope, le Metrix OX 520 B.
Placer
les touches (24) et (27) en position basse soit GND (GROUND :
terre en anglais) : c'est la position réglage car aucune tension
ne s'applique aux bornes de l'oscilloscope.
Mettre
le commutateur (15) en mode XY pour supprimer le balayage
è lespot apparaît ; si non, passer à la suite.
Augmenter
l'intensité lumineuse avec le bouton (3)
è le spot apparaît ;
si non, choisir une intensité moyenne et passer à la suite.
ATTENTION ! NE JAMAIS LAISSER LE SPOT AVEC UNE INTENSITÉ TROP FORTE !
Tourner
les boutons (6) et (10) pour centrer le spot
è le spot est centré.
Tourner
le commutateur (15) afin d'activer le balayage
è une droite
horizontale apparaît ; sinon retrouver la droite à l'aide du bouton
(8).
si
ce n'est pas une droite stable, augmenter le coefficient de
balayage ( avec le commutateur 15 ). si besoin est, régler
l'intensité lumineuse et recentrer la droite
è l'oscilloscope est prêt pour les
mesures.
ATTENTION ! Il faudra, de temps en temps, se
remettre en position réglage pour vérifier que la droite horizontale
est bien centrée !
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2 - Branchements et obtention
d'une courbe exploitable
Branchements
Brancher toujours l'oscilloscope en
dérivation aux bornes d'un dipôle ( ou d'un ensemble de
dipôles ) :
le fil rouge
représentera l'entrée : l'enfoncer dans la borne rouge.
le fil noir représentera la sortie (ou masse) :
l'enfoncer dans la borne noire.
Symbole normalisé d'un oscilloscope (dans ce
cas la voie A est utilisée aux bornes d'une résistance) :
Tourner le commutateur
(5) pour utiliser la voie 1
ou le commutateur (11) pour utiliser la voie 2.
Attention, le balayage n'est activé que si le
commutateur (15) indique une valeur ! Placé devant XY, le
balayage est désactivé.
Tourner le commutateur (15)
pour régler le coefficient
de balayage
è l'oscillogramme est
utilisable pour les mesures.
Elle est égale au produit du nombre nv de
divisions verticales lu à l'écran lorsque la courbe atteint son
maximal par le coefficient
de déviation verticale kv
indiqué par le commutateur (11) ou (5).
C'est la durée qui sépare deux
passages successifs de la courbe par la même valeur et " dans le
même sens " , croissant ou décroissant. C'est, par exemple, la
durée qui sépare deux maxima successifs.
Elle est égale au produit nhdu nombre de divisions horizontales (lu à l'écran entre deux maxima
successifs) par le coefficient de balayagekh indiqué par
le commutateur (15).
Exemple
Oscillogramme
Réglages
coefficient de déviation verticale
: 0,1 V/div
coefficient de balayage : 20 msdiv
Calculs
Amplitude : U = 1,5 x 0,1 = 0,15 V
Période : T = 2 x 20 = 40 ms
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3 - Glossaire
Constitution de
l'appareil
Le canonàélectronsest la partie se situant à l'opposée de l'écran
fluorescent. A l'intérieur une tension très importante est
appliquée entre une anode et une cathode. Les électrons sont
ainsi arrachés de la cathode et se dirigent vers l'anode ;
celle-ci, percée en son centre, laisse passé un faisceau
d'électrons qui par divers systèmes ressort très fin.
Le tube cathodique (d'une
télévision comme d'un oscilloscope) est l'enceinte fermée entre
le canon à électrons d'un côté et l'écran de l'autre.
Il y règne un vide
poussé pour permettre aux électrons de circuler librement d'un
bout à l'autre.
Comment interprétez-vous le symbole
sur la boîte noire à droite du tube ?
Les deux plaques de déviationhorizontales (P1
et P2 )
dévient le faisceau verticalement quand on applique une
tension entre elles deux . En fait, chacune se charge
différemment de l'autre ; celle chargée positivement attirera
les électrons eux-mêmes chargés négativement.
Les deux plaques de déviation verticales (P’1
et P’2 ) dévient le faisceau horizontalement selon le
même principe.
Une différence : La base de temps peut appliquer, de manière
automatique, une tension qui permettra au spot de balayer l'écran
de gauche à droite.
Schéma simplifié
Légende le schéma
ci-dessus en plaçant un numéro devant chaque partie de l'oscilloscope : (sans
les parenthèses)
La base de temps est
un dispositif électronique qui applique une tension de balayage
entre les deux plaques verticales. Le spot qui est la trace du
faisceau sur l'écran, le parcoure, horizontalement, plus ou moins
rapidement selon la vitesse de balayage choisie.
Le signal ci-contre, dit en dents de
scie ou en rampes, peut-être
utilisé pour constituer une base de temps d'un oscilloscope.
Comment
imaginez-vous que cette tension appliquée aux plaques
verticales permette au spot de balayer l'écran
horizontalement ?
La face avant
L'écran
fluorescentest
gradué en divisions (ou carreaux).
L'axe horizontal est celui du temps si le
balayage est activé. Dans le cas contraire, en mode XY , c'est
l'axe des X. L'axe vertical est celui de la tension si le
balayage est activé. Dans le cas contraire, en mode XY , c'est
l'axe des Y.
Attention à la valeur d'une
sous-division (représentée par un petit trait sur les deux axes)
!
Le coefficient de
déviation verticale joue le rôle d'un calibre.
Il est nécessaire de choisir le plus précis c'est-à-dire celui
qui donnera la courbe la plus grande possible mais entière.
Attention, il ne change
en aucun cas la valeur de la tension délivrée par le
générateur !
Il s'exprime en volt /
divisions : Il indique en fait le nombre de
divisions correspondant à la déviation du faisceau lorsque
l'on applique une tension de 1 V.
UAB
= kv . nv
UAB : la valeur
maximale de tension mesurée entre les bornes A et B kv : le coefficient de déviation verticale
(lu sur l’oscilloscope) nv : le nombre de divisions de déviation
verticale (lu sur l’écran)
Le coefficient de balayage
permet de régler la vitesse de
balayage du spot. Il est nécessaire de choisir le
meilleur réglage pour visualiser une courbe avec le minimum de
scintillement et qui soit entière.
Attention, il ne change en aucun cas la
valeur de la fréquence de la tension délivrée par le
générateur !
Il s'exprime en ms /
divisions le plus souvent : Il indique en fait le nombre
de divisions parcourues par le spot en une milliseconde.
t = kh
. nh
t : la durée de parcours du spot kh : le coefficient de balayage ou vitesse
de balayage (lu sur l’oscilloscope) nh : le nombre de divisions parcourues pendant
la durée t (lu sur l’écran)
Grandeurs
mesurables et associées
Un oscillogramme
est la courbe que l'on observe sur l'écran. Selon sa forme, on
peut classer les tensions en plusieurs familles (voir ci-contre).
La période
est la durée qui s'écoule entre deux positions identiques du
spot décrivant la courbe. Elle se détermine bien sûr dans le
cas d'une tension périodique.
Dans ce cas, c'est la durée
entre deux valeurs identiques de la tension dans la même
configuration.
Pour la visualiser, il suffit
d'imaginer le motif,
le plus petit qui soit, qui en se répétant recréé toute la
courbe périodique.
Un exemple ci-contre montre en rouge ce motif. Il y a bien sûr
une infinité de possibilités, à vous de choisir le plus
commode.
T = kh
. nh
T : la période nh : le nombre de
divisions correspondant à une période (lu sur l’écran)
La fréquence
est alors le nombre de fois que la tension prend une même valeur
dans la même configuration.
Elle s'exprime en hertz noté Hz.
f=
1 / T
T : la période
(exprimée en seconde, attention !) f : la fréquence
L'amplitude
de la tension est la valeur maximale que prend une tension
périodique.
Attention, elle s'établit par
rapport à l'axe des temps !
Umax
= kv . nv
Umax : la valeur
maximale prise par la tension périodique nv : le nombre de divisions de déviation
maximale
La valeur
efficace d'une tension sinusoïdale se mesure avec
un voltmètre (en mode AC) ou se calcule à partir de l'amplitude
déterminée sur l'oscillogramme.
Dans le cas d'une lampe, elle
correspondant à la valeur de tension continue qu'il faudrait
appliquée pour avoir le même éclairage.
Ueff : la valeur
efficace de la tension sinusoïdale
De la même manière nous pouvons définir la valeur efficace de l'intensité
du courant alternatif sinusoïdal.
La mesure de la valeur maximale
de l'intensité se fait alors par l'intermédiaire d'une
résistance R à choisir convenablement.
Ieff : la valeur
efficace du courant alternatif sinusoïdal Imax= R . Umax,résistance