Principe de fonctionnement

Un oscilloscope est un instrument de mesure permettant de visualiser un signal électrique, souvent une différence de potentiel, en fonction du temps. Il possède au moins une voie d’entrée et un écran en 2D possédant des axes gradués : un axe horizontal affichant le temps et un axe vertical affichant la grandeur considérée (souvent une tension).

Chaque voie peut-être configurée à l’aide d’un calibre en tension (souvent donné en V/carreau).

Afin de pouvoir afficher une courbe en fonction du temps, il est également possible de gérer la base de temps d’affichage de l’oscilloscope. Le calibre est ici donné en s/carreau (ou une subdivision de la seconde – ms, µs, ns…).

Oscilloscopes numériques

La majorité des oscilloscopes actuels sont numériques, c’est-à-dire qu’ils échantillonnent le signal analogique pour le transformer en une série de points à afficher ensuite sur l’écran.

Mémoire et affichage

La profondeur mémoire (i.e. le nombre de points maximal que peut stocker – et donc afficher – la mémoire d’un oscilloscope) est fixe. On pourra noter ce nombre \(N_{ECH}\).

SCHEMA MEMOIRE

Fréquence d’échantillonnage

Afin de pouvoir afficher des signaux plus ou moins rapides, l’oscilloscope adapte sa fréquence d’échantillonnage (notée \(F_{ECH}\) ) au calibre en temps utilisé (noté \(CAL_{T}\)). Il est donc important de bien ajuster la base de temps au signal que l’on souhaite visualiser, sinon le critère de Nyquist-Shannon peut ne pas être respecté et l’affichage être complétement incohérent.

SOUS-ECH ?

Mode DC/AC

Sur les oscilloscopes, il existe deux modes de couplage : le couplage AC et le couplage DC.

Écran d’Oscilloscope d’un même signal en mode AC (rouge) et mode DC (bleu)

Le couplage AC consiste à utiliser un condensateur pour éliminer la composante continue d’un signal. Le condensateur doit être en série avec le signal. Le couplage AC est utile car la composante continue d’un signal agit comme un offset de tension, et la supprimer du signal peut augmenter la résolution des mesures du signal. Le couplage AC est également appelé couplage capacitif.

Capturer une image de l’écran

WaveAce 101 / LeCroy

Il est possible de récupérer l’image par l’intermédiaire d’une clef USB. L’image sera au format BMP. Pour cela, il suffit de suivre les étapes suivantes :

  1. Insérer une clef USB sur la face avant de l’oscilloscope.
  2. Appuyer sur le bouton “Save/Recall” en face avant.
  3. Appuyer sur le bouton “Type” et sélectionnez “Image”.
  4. Appuyer sur “Enregistrer”.

WaveAce 1001 / LeCroy

  1. Connecter l’appareil à l’ordinateur via un câble USB
  2. Lancer le logiciel WaveStudio
  1. Cliquer sur l’icône Add Scope
  2. Sélectionner le type USBTMC/USB488
  1. Si l’oscilloscope est reconnu, vous devriez voir apparaitre dans la fenetre suivante une option du type : USB0::0x05FF::0xEE3A::LCRY2150C02054::INSTR. Cliquez alors sur OK.
  2. Dans la fenêtre principale apparait alors l’oscilloscope connecté avec des actions possibles. Cliquez sur Display Capture.
  1. Une fois l’image affichée sur l’écran principal, Cliquez sur Copy to Clipboard (pour coller l’image dan sun autre document) ou Save to File (pour sauvegarder l’image dans un fichier).

Synchroniser l’acquisition du signal / Déclenchement

Le déclenchement (ou trigger) est essentiel pour deux raisons:

  • En cas de signaux répétitifs : le déclenchement alignera toutes les formes d’onde capturées avant de les afficher, en positionnant le crossoverpoint des ondes capturées au même endroit sur l’écran
  • En cas de signaux sporadiques: l’oscilloscope attendra jusqu’à ce qu’un front soit détecté, puis affiche cette capture. Sinon, l’oscilloscope serait en train de capturer des partie de signal au hasard, et il y aurait une chance que vous manquiez la section d’intérêt.

Changer le canal de déclenchement

Vous pouvez spécifier le canal sur lequel s’applique le déclenchement, en ouvrant le menu sur la gauche de l’oscilloscope puis en appuyant sur le bouton à droite de Source. Cela affichera la liste de canaux sur lesquels vous pouvez déclencher.

Changement entre front montant / descendant / les deux

Dans le menu Pente, vous pouvez spécifier le type de front sur lequel déclencher, en appuyant sur le bouton à droite correspondant. Un petit menu déroulant s’affiche, ce qui vous permet de spécifier sur quel front vous voulez déclencher.

Modification de la tension de déclenchement

Le niveau de tension de déclenchement peut être modifié intuitivement en faisant défiler l’indicateur de niveau de déclenchement à gauche de l’écran vers le haut ou vers le bas, grâce au bouton level. Notez l’effet du déclenchement: le signal franchira le niveau de déclenchement à l’intersection de l’indicateur de tension de déclenchement et de la graduation de base de temps du milieu de l’écran.

Modification du type de déclenchement

Par défaut, l’oscilloscope commencera à utiliser le mode de déclenchement normal. Cependant, vous pouvez sélectionner librement le mode de déclenchement de votre choix en appuyant sur la liste déroulante Mode.

Mode automatique

En mode Auto, chaque fois qu’un déclencheur est détecté, la forme d’onde est acquise, transférée à l’hôte et visualisée. Chaque fois que le déclencheur est perdue (p. Ex., Lorsque le signal d’entrée est supprimé ou lorsque le signal change de sorte qu’il n’y a plus de croisements avec le niveau de déclenchement), l’oscilloscope envoie toute forme d’onde acquise à l’hôte pour la visualisation.

Mode normal

En mode Normal, chaque fois qu’un déclencheur est détecté, la forme d’onde est acquise, transférée à l’hôte et visualisée, tout comme le mode Auto. Cependant, dans le cas où aucun déclenchement n’est détecté, aucune nouvelle donnée n’est transférée ni visualisée, en gardant la dernière forme d’onde déclenchée sur l’écran.

Mode monocoup

En mode Monocoup, l’oscilloscope est en attente jusqu’à ce qu’un déclencheur soit détecté. Dans ce cas, la forme d’onde est acquise et visualisée, après quoi l’oscilloscope se met en mode Stopped. Le mode Monocoup est utile si vous souhaitez visualiser la première occurrence d’un déclencheur, ou si vous souhaitez capturer un événement unique et ne pas vouloir supprimer le résultat en cas de problème, lorsque vous débranchez la sonde.

Affichage de la FFT

La FFT (Fast Fourier Transform) est un outil mathématique permettant de calculer une transformée de Fourier discrète d’un signal.

WaveAce 101 et 1001 / LeCroy

Pour afficher une allure de la transformée de Fourier d’un signal :

  1. Cliquer sur le bouton “MATH” (entre les deux voies de l’oscilloscope).
  2. Sélectionner “FFT” dans le sous-menu “Utiliser “.
  3. Modifier la source sur laquelle réalisée la FFT : CH1 ou CH2
  4. Adapter la base de temps à la fréquence d’échantillonnage souhaitée (affichée sur la FFT en Sa/s ou échantillons par seconde)

Il est ensuite possible de placer des curseurs de mesure :

  1. Cliquer sur le bouton “Curseur”.
  2. Sélectionner la source : MATH
  3. Sélectionner le type :
    1. Tension pour mesurer l’amplitude d’une composante fréquentielle ;
    2. Temps pour mesurer une fréquence.
  4. Sélectionner le curseur A (ou B) et déplacer le à l’aide de la molette “Intensity/Adjust”.

TBS1052 / Tektronix

Pour obtenir la transformée de Fourier (FFT) à l’aide de l’oscilloscope :

  1. Cliquer sur le bouton “FFT” (à gauche de la zone de contrôle)
  2. Modifier alors les paramètres :
    1. l’affichage ou non du signal initial avec “Source WFM”
    2. la source sur laquelle réalisée la FFT
  3. Adapter la base de temps à la fréquence d’échantillonnage souhaitée (affichée en bas de l’écran)

Il est ensuite possible de placer des curseurs de mesure.

  1. Cliquer sur le bouton “Curseur”.
  2. Sélectionner la source : FFT.
  3. Sélectionner le type :
    1. Magnitude pour mesurer l’amplitude d’une composante fréquentielle ;
    2. Frequency pour mesurer une fréquence.
  4. Sélectionner le curseur 1 (ou 2) et déplacer le à l’aide de la molette “Usage général”.

MINE CARACTERISER Mesurer des grandeurs électriques

Visualiser un signal à l’oscilloscope