OSCILLOSCOPE CATHODIQUE A- UTILISATION D UN OSCILLOSCOPE : GENERALITES.

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1 III- 1 OSCILLOSCOPE CATHODIQUE VISUALISATION DE SIGNAUX ELECTRIQUES A- UTILISATION D UN OSCILLOSCOPE : GENERALITES. I-CONSTITUTION D UN OSCILLOSCOPE Un oscilloscope comporte comme éléments essentiels : 1-Un tube cathodique comprenant un canon à électrons, des systèmes de déflexion du faisceau d électrons et un écran fluorescent ou plus exactement cathodoluminescent. 2-Des amplificateurs 3-Des générateurs de d.d.p. continues 4-Une base de temps comportant un dispositif de synchronisation. II-PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Figure 1 : schéma interne d un oscilloscope Le système de déflexion : Le déplacement du spot dans deux directions perpendiculaires est obtenu par déflexion du pinceau d électrons par deux paires de plaques parallèles, l une de

2 2 déflexion verticale «plaques Y», l autre de déflexion horizontale «plaques X». Lorsqu une différence de potentiel est appliquée aux plaques de déflexion verticales par exemple un champ électrique E apparaît entre ces plaques. Dès lors le faisceau d électrons subit une force F et est dévié. (figure 2) Figure2 : schéma de principe du système de déflexion des électrons 2) Les amplificateurs : Lorsqu une d.d.p. u(t) est appliquée aux bornes d entrée de la voie A (ou B), elle est amplifiée (ou atténuée si elle est trop grande) avant d être envoyée sur les plaques de déflexion qui reçoivent une d.d.p. U = Gu où u est la d.d.p. mesurée. G s appelle le gain de l amplificateur. Ce gain réglable permettra donc d obtenir sur l écran des déplacements significatifs du spot. 3) Les générateurs de d.d.p. continues réglables internes à l oscilloscope : Ils permettent la modification de la position du spot sur l écran en l absence de tout signal extérieur. 4) La base de temps : Pour caractériser des variations d un signal u(t) en fonction du temps, l écran de l oscilloscope doit avoir deux axes de référence : un axe vertical des d.d.p. et un axe horizontal des temps. La transformation de l axe horizontal en axe des temps est réalisée en imposant au spot un déplacement rectiligne uniforme de gauche à droite de l écran suivi d un retour quasi instantané à sa position initiale. Ce mouvement répétitif du spot s appelle le «BALAYAGE». Il est obtenu à partir d un générateur interne à l oscilloscope appelé «BASE DE TEMPS» qui envoie sur les «plaques X» une d.d.p. proportionnelle au temps et qui s annule périodiquement par l intermédiaire du dispositif de synchronisation. La base de temps est en fait une tension u b (t) «en dents de scie», la tension u b (t) est donc proportionnelle au temps t (t compris entre 0 et T) : u t = a t () b La période T donne le temps de balayage de l écran T b.

3 III- 3 La vitesse qui est la dérivée du déplacement Ub(t) est donc une constante. Cette vitesse conditionnera la vitesse de balayage du spot sur la largeur de l écran. La vitesse de balayage sera commandée par le bouton sensibilité S. Le bouton sensibilité est gradué en ms/cm (ou en ms/div) montrant que S représente une vitesse de déplacement du spot à l écran Figure 3 : u b =base des temps =tension en dents de scie Tb = temps de balayage de l ecran u(t) : tension à mesurer. La figure 3 montre la correspondance en un signal sinusoïdale à étudier, la tension de balayage u b (t) : La partie 1 sera représentée sur l écran pendant le temps de balayage Tb La partie 2 sera représentée sur l écran pendant le temps de balayage Tb suivant. La partie1, la partie 2 se tracent sur l écran et l image ci-dessus (à droite) s affiche. L image obtenue ne permet pas de mesurer les caractéristiques principales du signal. En effet, les courbes provenant de balayages successifs ne se coïncident pas et se brouillent lorsqu ils se succèdent une cadence (i.e., une fréquence) plus rapide que la persistance rétinienne de l œil. Afin de palier à cet inconvénient, le dispositif de synchronisation se charge d arrêter le balayage Ub durant un bref instant τ de telle sorte que la partie 2 se superpose sur la précédente. (cf. figure 4)

4 4 Figure 4 : Le spot suit alors le même parcourt que les courbes précédemment affichées. On peut aussi choisir sur l oscilloscope la valeur de la d.d..p qui démarre le balayage: elle est appelée valeur du seuil de déclenchement. Lorsque la d.d.p. à mesurer atteint la valeur du seuil de déclenchement (préalablement réglée sur l oscilloscope), le balayage est à nouveau déclenché. On dit que l oscilloscope synchronise le balayage du spot sur le signal appliqué à l entrée. III-NOTION DE MASSE ET DE COURT-CIRCUIT (IMPORTANT!!): 1) Notion de MASSE : L'ensemble du châssis d un appareil électrique est appelé «MASSE» (symbole ). Sur un oscilloscope, les bornes noires de chacune des voies Y A et Y B sont reliées à sa «MASSE». De nombreux appareils électriques (dont les oscilloscopes, certains générateurs de fréquence ) ont leur masse reliée à la prise de «TERRE» du réseau électrique (par l intermédiaire du câble secteur), on dit que leur «MASSE» est reliée à la «TERRE». Le potentiel de la «TERRE» est zéro par convention ; il s agit du potentiel de référence pour toutes les mesures de tension à l oscilloscope. 2) Notion de COURT-CIRCUIT: Si deux points d'un circuit parcouru par un courant électrique séparés par un (ou plusieurs) élément (résistances, condensateurs ) se trouvent au même potentiel simultanément on aura un COURT-CIRCUIT entre ces 2 points. Pour éviter tout court circuit, la «TERRE» ne doit être branchée qu une seule fois dans un circuit. Si on utilise un générateur avec «MASSE» reliée à la «TERRE», les mesures de tensions à l oscilloscope auront toujours pour référence la prise de «TERRE» du générateur.

5 III- 5 Tout branchement de la masse (reliée à Terre) de l oscilloscope à un autre point du circuit que la masse (elle aussi reliée à la Terre) du générateur provoquera un COURT-CIRCUIT. Si on utilise un générateur dit à «masse flottante», c'est-à-dire dont aucune des sorties n est reliée à la Terre, alors on peut brancher UNE SEULE FOIS la masse de l oscilloscope en n importe quel point du circuit : celui que l on souhaite définir comme référence pour les mesures de tension. Ainsi, si l on souhaite mesurer simultanément, à l aide des deux voies Y A et Y B, deux tensions aux bornes de deux éléments différents dans un même circuit, ces deux éléments doivent avoir une borne commune. C est à cette borne commune que l on branchera la masse de l oscilloscope. Si les consignes énoncées ci-dessus ne sont pas respectées, on risque de court-circuiter un élément MODES D UTILISATION DE L OSCILLOSCOPE. Deux modes d utilisation sont possibles : MODE Y(T) ou MODE XY V MODE Y(t) : (T tiré) permet de visualiser une tension en fonction du temps t Y A MODE XY :(T poussé) permet de visualiser une tension V1(t) entrée sur la voie A en fonction d une autre tension V2(t) entrée sur la voie B (courbe paramétrée) Y B Nous n étudierons que le mode Y(t). Exemple : V 1 (t)=u 0 cos(ωt) V 2 (t)= U 0 cos(ωt+φ)

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