Appareils de mesure électroniques (1)

Vous connaissez le dicton : "Une image vaut mille mots" ?

Voilà pourquoi on tend de plus en plus à présenter de façon visuelle les divers phénomènes qui nous entourent.

Par exemple, on est passé de la lecture à aiguille à la lecture digitale, cela dans le but de faciliter et d'accélérer la lecture en plus d'éviter les erreurs dues à une mauvaise interprétation de la position des aiguilles.

En électronique, par exemple la forme d'une onde peut fournir des indices sur un problème dans le circuit. On a donc mis au point l'oscilloscope, lequel permet de voir l'onde sur un écran cathodique.

Cette étude traitera plus particulièrement des divers appareils de mesure propres à l'électronique, comme l'oscilloscope et la sonde logique.

Vous verrez :

• leur fonctionnement,
• le type d'utilisation qu'on en fait;
• la façon de les utiliser pour prendre des mesures.

L'oscilloscope mesure les principaux paramètres d'une onde, qu'elle soit sinusoïdale ou autre.

On l'utilise principalement pour mesurer :

• l'amplitude maximale (V_max); 
• la fréquence d'une onde.

 Dans certains cas, l'oscilloscope sert également :

•  à illustrer la forme de l'onde 
•  à mesurer le déphasage entre deux ondes de même fréquence.

La figure suivante présente quelques-unes de ces mesures.

Types de lectures d'oscilloscope :

Fonctionnement d'un oscilloscope : .

La tension du secteur de 230 V_eff possède donc une tension crête de 325,3 V.

Oscilloscope : construction :

L'oscilloscope est construit autour d'un tube cathodique.

Ce dernier transforme le signal électrique en une image visible à l'écran.

La figure suivante montre les principales parties d'un oscilloscope.

Tube cathodique :

La cathode est chauffée, ce qui a pour effet de libérer et d'émettre des électrons.

Ces électrons sont ensuite accélérés et concentrés, créant ainsi un faisceau dirigé vers le centre de l'écran.

Ce faisceau d'électrons frappe la couche photosensible recouvrant l'écran créant un point lumineux immobile appelé spot.(arrêt) Ce faisceau peut toutefois être dévié horizontalement ou verticalement grâce à des paires de plaques placées dans l'axe du faisceau d'électrons

La déviation verticale est proportionnelle à l'amplitude du signal à mesurer, mais le spot se déplace aussi continuellement de gauche à droite de l'écran grâce aux plaques de déviation horizontale.

Cette déviation est créée à l'intérieur de l'oscilloscope par la base de temps. Cette base de temps est réglable de l'extérieur par l'utilisateur et permet au spot de se déplacer plus ou moins vite sur l'écran ; (exemple : 1 ms/carreau, 2 ms/carreau, etc.)

Pour obtenir une image stable et nette d'un signal périodique à l'écran le faisceau doit :

• être éteint avant chaque nouveau balayage afin d'éviter de voir le retour du spot de droite à gauche,
• parcourir exactement le même chemin donc partir du même lieu à chaque balayage horizontal.

On dit qu'il y a synchronisation de la base de temps sur le signal à mesurer.

Oscilloscope : les différents types :

Il arrive que l'on ait besoin de visualiser deux signaux simultanément.

Dans ce cas, certains oscilloscopes divisent le faisceau, tel l'oscilloscope à tube bifaisceau, ou tube à deux canons (tube bicanon).

La figure suivante montre les différences entre ces deux types.

Oscilloscopes à deux signaux :

Oscilloscope : utilisation des principaux boutons :

L'oscilloscope se branche de la même façon qu'un voltmètre puisqu'on mesure généralement des valeurs de tension.

Comme la lecture des valeurs peut paraître complexe en raison du nombre de boutons et de cadrans, la figure suivante vous présente la partie avant d'un oscilloscope.

Vue avant d'un oscilloscope :

• le bouton "Intensité" sert essentiellement à contrôler l'intensité lumineuse de l'image ;

• le bouton "Focus" permet la mise au point de l'image, comme avec une caméra ; il permet d'obtenir une trace fine et précise sur l'écran ;

• le bouton-poussoir "Beam Finder" est employé lorsque l'on cherche le signal à l'écran : en appuyant dessus, on peut observer un point lumineux qui indique la direction du signal ;

• le bouton "Volt/Div" indique l'échelle de lecture de la tension sur l'axe vertical de l'écran ; (Div = Division = 1 carreau) ;

• le bouton "Sec/Div" sert à choisir l'échelle de lecture du temps sur l'axe horizontal de l'écran ;

• les deux boutons de position servent à déplacer le signal pour le réglage de la position de référence du signal. Ainsi, un bouton sert pour les déplacements horizontaux tandis qu'un autre est employé pour les déplacements verticaux.

Il est à noter que ces boutons ne modifient en rien le signal ; ils ne font que le déplacer.

Oscilloscope : utilisation des autres boutons :

Quant aux autres boutons, ils sont moins utilisés, mais il serait tout de même bon d'en connaître l'utilité.

Vue avant d'un oscilloscope :

• AC-GND-DC (courant alternatif - mise à la terre - courant continu) : il modifie le couplage du signal d'alimentation. En position AC, son fonctionnement se traduit par l'élimination de la composante continue du signal d'entrée, permettant uniquement à la composante alternative d'être visualisée. En position DC, le signal est affiché intégralement. Finalement, la position GND sert de référence à 0 volt.

• Hold off (bouton réglable) : Il permet d'ajuster l'intervalle de temps entre deux balayages successifs de la base de temps. On peut augmenter ce temps de pause en tournant ce bouton dans le sens horaire lorsque l'intensité de l'affichage décroît.

• Source : Il sert à choisir le signal de synchronisation de la base de temps, soit INT, LINE ou EXT.

- Int (interne) : le signal à mesurer synchronise la base de temps.

- Line (ligne) : utilisé pour des signaux à mesurer de fréquences 50 Hz et multiples de 50 Hz.

- Ext (extérieur) : un signal extérieur envoyé sur une borne spéciale de l'oscilloscope synchronise la base de temps.

• Mode : Il détermine le type de synchronisation :

- Auto : Le déclenchement de la base de temps par le signal à mesurer se fait automatiquement.

- Normal : Le déclenchement de la base de temps par le signal à mesurer est réglable par le bouton Level. (Il permet d'ajuster le niveau de tension du signal à mesurer qui déclenchera la base de temps).

- TV : utilisé pour les signaux de balayage en télévision.

• Level (niveau) : En mode normal le bouton Level synchronise le balayage de la base de temps afin d'obtenir une image stable sur l'écran, en mode automatique il permet de régler la position de départ du spot sans modifier les réglages d'origines.

• Slope (front) : Le bouton Slope (front) permet de déclencher la base de temps (donc le départ du spot) sur une montée du signal à mesurer (front montant ou slope+) ou sur une descente du signal à mesurer (front descendant ou slope-).