Un oscilloscope est un appareil qui affiche le courant, la tension, la fréquence et l'avance de phase d'un circuit électrique. L'appareil affiche la relation entre le temps et l'intensité d'un signal électrique. Toutes les valeurs sont représentées à l'aide d'un simple graphique à deux dimensions.
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A quoi sert un oscilloscope
Un oscilloscope est utilisé par les techniciens en électronique et les radioamateurs pour mesurer
- Amplitude d'un signal électrique - Rapport entre la tension et le temps ;
- analyser le déphasage ;
- pour voir la distorsion d'un signal électrique
- calculer la fréquence du courant à partir des résultats.
Bien que l'oscilloscope montre les caractéristiques du signal analysé, il est plus souvent utilisé pour identifier les processus qui se déroulent dans un circuit électrique. Avec un oscilloscope, les techniciens peuvent obtenir les informations suivantes
- la forme d'onde du signal périodique ;
- Valeurs de polarité positive et négative ;
- la plage de variation du signal dans le temps ;
- la durée de la demi-période positive et négative.
La plupart de ces données peuvent être obtenues à l'aide d'un voltmètre. Toutefois, les mesures devraient alors être effectuées à une fréquence de quelques secondes. Le pourcentage d'erreur dans les calculs est élevé. L'utilisation d'un oscilloscope permet de gagner beaucoup de temps pour obtenir les données requises.
Comment fonctionne un oscilloscope
Un oscilloscope mesure avec un tube cathodique. Il s'agit d'une lampe qui concentre le courant à analyser en un faisceau. Celle-ci atteint l'écran de l'instrument et se dévie dans deux directions perpendiculaires :
- vertical - il indique la tension analysée ;
- Horizontal - il indique le temps écoulé.
Deux paires de plaques de tube à électrons sont responsables de la déviation du faisceau. Ceux qui sont positionnés verticalement sont toujours alimentés en énergie. Cela permet de répartir les différentes valeurs des pôles. L'attraction positive dévie vers la droite, l'attraction négative vers la gauche. De cette façon, la ligne sur l'écran de l'instrument se déplace de gauche à droite à une vitesse constante.
Un courant électrique agit également sur les plaques horizontales, ce qui fait dévier l'indicateur de tension du faisceau de démonstration. La charge positive est vers le haut, la charge négative est vers le bas. De cette façon, un graphique linéaire à deux dimensions, appelé oscillogramme, apparaît sur l'écran de l'appareil.
La distance parcourue par le faisceau du bord gauche au bord droit de l'écran est appelée le balayage. La ligne horizontale correspond au temps de mesure. Outre le graphique bidimensionnel linéaire standard, il existe également des balayages circulaires et en spirale. Cependant, elles ne sont pas aussi pratiques à utiliser que les formes d'onde classiques des oscilloscopes.
Classification et types
Il existe deux principaux types d'oscilloscopes :
- Analogique - appareil permettant de mesurer des signaux moyens ;
- Numérique - les instruments convertissent la valeur mesurée en un format "numérique" pour la transmission ultérieure des informations.
On distingue les classifications suivantes en fonction du principe de fonctionnement :
- Modèles universels.
- Équipement spécial.
Les plus populaires sont des dispositifs universels. Ces oscilloscopes sont utilisés pour analyser différents types de signaux :
- Harmonique ;
- Des impulsions uniques ;
- Paquets d'impulsions.
Les oscilloscopes universels sont conçus pour une grande variété d'appareils électriques. Ils peuvent mesurer des signaux allant de quelques nanosecondes. L'erreur de mesure est de 6 à 8 %.
Les oscilloscopes universels se divisent en deux grands types :
- Monoblock - ont une spécialisation générale des mesures ;
- avec des unités interchangeables - adaptables à la situation spécifique et au type d'instrument.
Les unités spéciales sont conçues pour un type spécifique d'équipement électrique. Il existe donc des oscilloscopes pour la radio, la télédiffusion ou la technologie numérique.
Les dispositifs universels et spéciaux sont divisés en deux catégories :
- Haute vitesse - utilisé dans les instruments à action rapide ;
- Stockage - dispositifs qui stockent et récupèrent les relevés effectués précédemment.
Lors de la sélection d'un instrument, il convient d'étudier attentivement les classifications et les types afin de choisir celui qui répond le mieux à vos besoins.
Conception et principaux paramètres techniques
Chaque instrument présente un certain nombre des caractéristiques techniques suivantes :
- Le coefficient d'erreur possible lors de la mesure de la tension (la plupart des appareils ont cette valeur qui ne dépasse pas 3%).
- La valeur de la ligne de balayage de l'appareil - plus cette caractéristique est grande, plus la durée d'observation est longue.
- La caractéristique de synchronisation contenant : la plage de fréquence, les niveaux maximums et l'instabilité du système.
- Les paramètres de déviation verticale du signal avec la capacité d'entrée de l'équipement.
- Valeurs de réponse transitoire montrant le temps de montée et le dépassement.
En plus des valeurs de base énumérées ci-dessus, les oscilloscopes disposent de paramètres supplémentaires sous la forme d'une réponse amplitude-fréquence montrant la dépendance de l'amplitude par rapport à la fréquence du signal.
Les oscilloscopes numériques disposent également d'une valeur de mémoire interne. Ce paramètre indique la quantité d'informations que l'instrument peut enregistrer.
Comment les mesures sont effectuées
L'écran d'un oscilloscope est divisé en petits carrés que l'on appelle des divisions. Selon l'instrument, chaque carré correspond à une certaine valeur. La désignation la plus courante est la suivante : une division équivaut à 5 unités. Certains instruments sont également dotés d'un bouton permettant de contrôler l'échelle du graphique afin que les utilisateurs puissent prendre des mesures de manière plus confortable et plus précise.
Avant de commencer tout type de mesure, l'oscilloscope doit être connecté à un circuit électrique. La sonde est connectée à l'un des canaux libres (s'il y a plus d'un canal dans le dispositif) ou au générateur d'impulsions, si l'oscilloscope en possède un. Une fois la connexion établie, diverses images de signaux s'affichent sur l'écran de l'appareil.
Si le signal reçu par l'appareil est abrupt, le problème se situe au niveau de la connexion de la sonde. Certains sont équipés de vis miniatures qu'il faut serrer. Les oscilloscopes numériques disposent également d'une fonction de positionnement automatique pour résoudre le problème d'un signal parasite.
Mesure actuelle
Lorsque vous mesurez le courant à l'aide d'un oscilloscope numérique, vous devez savoir ce qu'il faut faire. type de courant doivent être observées. Les oscilloscopes ont deux modes de fonctionnement :
- Direct Current ("DC") pour courant continu ;
- Alternating Current ("AC") pour courant alternatif.
Le courant continu est mesuré lorsque le mode Courant continu est activé. Les sondes de l'appareil doivent être connectées à l'alimentation électrique dans l'alignement direct des pôles. Le crocodile noir est connecté au moins, le rouge au plus.
Une ligne droite apparaît sur l'écran. La valeur de l'axe vertical correspondra au paramètre de la tension continue. Le courant peut être calculé selon la loi d'Ohm (tension divisée par la résistance).
Le courant alternatif est une onde sinusoïdale, car la tension est également variable. Par conséquent, sa valeur ne peut être mesurée que sur une certaine période de temps. Elle est également calculée à l'aide de la loi d'Ohm.
Mesure de la tension
Pour mesurer la tension du signal, vous aurez besoin de l'axe de coordonnées verticales d'un graphique linéaire à deux dimensions. Pour cette raison, toute l'attention sera portée sur la hauteur de l'oscillogramme. Vous devez donc régler l'écran de façon plus pratique pour la mesure avant de commencer l'observation.
Ensuite, réglez l'appareil sur le mode DC. Connectez les sondes au circuit et observez le résultat. Une ligne droite apparaît sur l'écran de l'appareil, dont la valeur correspond à la tension du signal électrique.
Mesure de la fréquence
Avant de comprendre comment mesurer la fréquence d'un signal électrique, vous devez savoir ce qu'est une période, car ces deux concepts sont liés. Une période est le plus petit intervalle de temps après lequel l'amplitude commence à se répéter.
Il est plus facile de voir la période sur un oscilloscope en utilisant l'axe horizontal des coordonnées temporelles. Il vous suffit de remarquer après quel intervalle de temps le graphique linéaire commence à répéter son schéma. Il est préférable de considérer le début de la période comme le point de contact avec l'axe horizontal, et la fin comme la répétition de la même coordonnée.
La vitesse de balayage est réduite pour faciliter la mesure de la période du signal. Dans ce cas, l'erreur de mesure n'est pas aussi élevée.
La fréquence est la valeur inversement proportionnelle à la période analysée. En d'autres termes, pour mesurer une valeur, vous devez diviser une seconde de temps par le nombre de périodes survenant pendant cet intervalle. La fréquence résultante est mesurée en Hertz, la norme pour la Russie est de 50 Hz.
Mesure du déplacement de phase
Le déphasage est défini comme la position relative dans le temps de deux processus oscillants. Elle est mesurée en fractions de la période du signal, de sorte que, quelle que soit la nature de la période et de la fréquence, les mêmes déphasages ont une valeur commune.
La première chose à faire avant de mesurer est de trouver quel signal est en retard sur l'autre, puis de déterminer la valeur du signe du paramètre. Si le courant est en avance, le paramètre de décalage angulaire est négatif. Si la tension est en avance, le signe de la valeur est positif.
Le calcul du degré de déphasage est le suivant :
- Multipliez 360 degrés par le nombre de cellules de grille entre les débuts des périodes.
- Divisez le résultat par le nombre de divisions occupées par une période du signal.
- Choisissez un signe négatif ou positif.
La mesure du déphasage dans un oscilloscope analogique est peu pratique car les graphiques affichés sont de la même couleur et de la même échelle. Pour ce type d'observation, on utilise un appareil numérique ou des instruments à double canal pour placer différentes amplitudes sur un canal distinct.
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