oscillo tp

7/30/2019 Oscillo TP

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OSCILLOSCOPE - TP

1. Constitution de loscilloscope

Pour tudier les grandeurs physiques, on peut les traduire en tensions lectriques et tracer la courbe

dvolution de ces tensions sur lcran dun oscilloscope.

Loscilloscope comprend les lments principaux suivants :

un cran ;

deux "voies" d'entre A et B (ou bien ch1 et ch2) pour mesurer deux signaux en tension ;

une base de temps : gnrateur de tension proportionnelle au temps, permettant d'afficher les

variations des signaux A et B (en ordonne) en fonction du temps (en abscisse).

Chaque voie d'entre est munie d'un calibre rglable (en volts/carreau) ; la base de temps est munie d'un

calibre rglable (en secondes/carreau), et dun dispositif de "synchronisation".

Reprer, sur la face avant de l'oscilloscope, les trois "blocs" matrialisant respectivement les deux voies

d'entre et la base de temps.

remarque : certains oscilloscope " mmoire" sont munis de dispositifs d'enregistrement "numrique" ; cela

ne fait pas partie du prsent TP (on se limite au fonctionnement "analogique").

2. Proprits des voies d'entre

Chaque entre comporte deux bornes (souvent regroupes dans une seule connexion coaxiale) : lune des

deux bornes est la "masse" ( ), relie au botier mtallique de loscilloscope afin de protger contre les

parasites radio. Les branchements tudis doivent respecter lassemblage des masses entre elles pourmieux liminer les parasites et pour viter les courts-circuits, surtout si les masses sont relies une prise

de terre ( ).

Certains calibres sont munis dun zoom ; celui-ci a lavantage de faciliter la comparaison de la forme de

deux signaux (dans ce cas le calibre importe peu car seules importent les proportions). Ces calibres

variables ont toutefois un inconvnient important : si on oublie de les remettre en position calibre, ils

faussent les valeurs des calibres de mesure. Il faut donc systmatiquement vrifier leur position avant de

mesurer.

Les amplificateurs sont galement munis dun dispositif de cadrage du zro (pour recentrer les courbes) et

dun interrupteur : pour rgler le zro la position dsire sur lcran, il ne faut pas dbrancher les fils

raccords sur les entres mais placer linterrupteur en position "masse" (ou "ground" : l'entre est court-

circuite la masse, cela vite les parasites ventuels).

En plus de la position d'arrt, les interrupteurs disposent en outre de deux positions de fonctionnement :

entre directe (DC) ou filtrage alternatif (AC). La position AC permet parfois un cadrage plus facile du

signal, mais elle comporte un condensateur dentre ( 35 pF) qui risque de dformer les signaux, ou de les

dphaser ; il faut donc normalement toujours mesurer en position "DC".

3. Modes d'affichage

On peut utiliser loscilloscope en mode "A seul" ou "B seul" (un seul signal tudi), ou bien en modeA et B (ou "dual", etc) pour tudier deux signaux simultanment (et les comparer).

Si on utilise le mode bicourbe, loscilloscope trace alternativement la courbe A et la courbe B, assez vite


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pour que la persistance sur la rtine nous donne limpression de voir les deux courbes simultanment.

L'oscilloscope a dans ce cas deux modes de trac :

le mode "alt" trace alternativement la courbe A et la courbe B en entier ; le trac de chaque courbe

est net, mais basse frquence l'il dtecte l'alternance sous forme d'un clignotement dsagrable ;

le mode "chop" trace les deux courbes en pointills, alternativement un point de chacune, mais

haute frquence cela perturbe la nettet de tracs (alternance trop rapide des points).

remarque : trs basse frquence (< 10 Hz), il est indispensable d'utiliser le mode " mmoire".

On peut aussi utiliser loscilloscope en mode XY en appliquant la tensions UA en dviation horizontale (

la place de la base de temps). On visualise ainsi sur lcran la reprsentation U B (en ordonne) en fonction

de UA (en abscisse).

4. Base de temps et synchronisation du dclenchement

Pour afficher des signaux dpendant du temps, l'oscilloscope affiche une succession d'images de cessignaux. Sans synchronisation, les images successives se superposent avec un dcalage et on observe un

mouvement apparent de limage :

t

Uy

dfilementapparent

Le dlai dattente de dclenchement est tel que les images successives se superposent de faon

synchronise ; on observe ainsi une image stable :

t

Uy

imagestabiliseattente de

dclenchementniveau de

dclenchement

Lattente de dclenchement peut tre automatique, ou contrle par le passage dun signal (A ou B ou

externe) un niveau ("level") rglable, en monte ou en descente. La synchronisation est impossible si on

rgle le niveau de dclenchement en dehors de lintervalle des valeurs prises par le signal tudi.

5. Rglages pralables


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Brancher un gnrateur BF sur la voie A avec un signal sinusodal de frquence 500 Hz. Placer

l'interrupteur de l'amplificateur de la voie A en position "AC", puis slectionner la synchronisation

automatique.

Passer ensuite en synchronisation manuelle avec un niveau de dclenchement hors des limites du signal,

afin de vrifier la dstabilisation ; restabiliser en modifiant le niveau de dclenchement et vrifier que le

dclenchement se fait lors du passage par une tension d'autant plus grande que ce niveau est lev.Comparer le dclenchement sur descente, puis sur monte.

Repasser en synchronisation automatique (ne pas oublier de ramener le niveau de dclenchement en

position "automatique" s'il y en a une).

Rgler la base de temps pour cadrer deux priodes dans la largeur de l'cran, puis activer le zoom du

calibre de la base de temps, s'il y en a un. Ajuster une priode un nombre entier de carreaux. Essayer de

mme le zoom du calibre de la voie A (ou B), s'il y en a un.

Remettre les calibres en position "calibre".

L'interrupteur de l'amplificateur de la voie A tant sur la position "DC", ajouter une tension continue (tensionde dcalage) sur le signal fourni par le gnrateur BF, et vrifier que l'image sur l'cran est dcale d'autant.

Refaire la mme chose sur la position "AC" de l'interrupteur, et vrifier que la composante continue n'a

aucun effet sur l'image. Essayer des signaux carrs de diffrentes frquences et chercher des conditions

dans lesquelles le mode "AC" dforme les signaux.

Remettre l'interrupteur en mode "DC" et le gnrateur en signal sinusodal sans tension de dcalage.

Brancher un second gnrateur BF sur la voie B avec un signal triangulaire de frquence 500 Hz, et

placer l'oscilloscope en mode "A et B". Rgler la seconde frquence sur la premire afin d'obtenir un

dfilement lent du signal B pour une synchronisation sur le signal A. Passer alors en synchronisation sur la

voie B et vrifier que c'est maintenant au contraire B qui est stable et A qui dfile.

remarque : certains oscilloscopes ont un mode de synchronisation alterne (indpendante pour chaque

voie) ; il est important de ne jamais lutiliser lorsquon tudie le dphasage entre les deux voies.

6. Utilisation en voltmtre

Vrifier que les signaux alternatifs A et B sont symtriques (rglage sur le gnrateur BF sans toucher au

zro de l'oscilloscope : il s'agit d'annuler la tension de dcalage et non de la compenser sur l'image).

Lire sur l'cran l'amplitude Umax des tensions pour A et B. Comparer aux indications d'un multimtre en

mode alternatif et vrifier que les valeurs efficaces sont respectivement Ueff =

Umax

2pour le signal

sinusodal et Ueff =

Umax

3pour le signal triangulaire.

remarque : l'oscilloscope est un voltmtre lectronique de grande rsistance ( 10 M ) ; sa prcision peut

atteindre 2 % ( condition d'tre rgls rgulirement en usine, en principe une fois par an).

Ajouter une composante continue aux deux signaux et lire les valeurs moyennes ; comparer aux

indications d'un multimtre en mode alternatif : le multimtre utilis est il perturb par la composante

continue (cela dpend du modle de multimtre) ? Si oui, essayer dinterprter la perturbation.

Comparer de mme aux indications d'un multimtre en mode continu : le multimtre utilis est il perturb

par la composante alternative (cela dpend du modle de multimtre) ? Si oui, essayer dinterprter la


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perturbation ; tester si elle dpend de la frquence, etc...

remarque : dune faon gnrale, tout appareil de mesure est conu pour fonctionner dans des

conditions prcises ; si on lutilise autrement, il affiche en gnral un rsultat, mais ce dernier na aucune

signification ; avant toute mesure il faut donc commencer par se demander si on utilise les appareils de

mesure dans les conditions pour lesquelles ils ont t prvus.

7. Utilisation en frquencemtre ; effets stroboscopiques

Lire les priodes respectives des signaux A et B (en synchronisant sur le signal qu'on veut mesurer) et en

dduire les frquences correspondantes. Comparer les valeurs avec les indications des gnrateurs BF,

puis avec les indications d'un frquencemtre.

remarque : l'cran de l'oscilloscope a une prcision assez bonne, mais infrieure celle d'un

frquencemtre lectronique.

Frquencemtre "relatif" : ajuster fB sur fA pour obtenir B stable avec synchronisation sur A ; ajuster demme fB sur 2 f A, 3 f A... et vrifier ainsi qu'on peut mesurer fB par rapport "l'unit fA". Reprendre les

mmes rglages en mode "XY", et observer cette occasion l'allure des courbes obtenues (courbes de

Lissajous) pour A et/ou B sinusodaux, triangulaires, crneaux...

remarque : pour reprer le rapport

fB

fAsur les courbes de Lissajous,

compter le rapport des nombres de maximums horizontaux et verticaux ; on

obtient lallure ci-contre pour des signaux triangulaires avec

fB

fA=

1

3.

remarque : quand le rapport

fB

fAne correspond pas une valeur

fractionnaire simple, on peut le calculer par un raisonnement sur la frquence du mouvement apparent

(analogue celui de la stroboscopie).


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Document complmentaire

8. oscilloscope tube cathodique

8.1. Constitution de loscilloscope Loscilloscope comprend les lments principaux suivants :

une alimentation lectrique stabilise (ncessaire au fonctionnement des lments suivants) ;

un tube cathodique, muni de rglages pour lintensit, la focalisation, le cadrage et la dviation

lectrostatique du faisceau dlectrons ;

deux amplificateurs ayant pour effet de modifier le calibre de loscilloscope en tant que voltmtre ;

un gnrateur de tension de balayage horizontal (ou base de temps), muni dun dispositif de

synchronisation.

Le tube cathodique est constitu selon le schma suivant :

la cathode, chauffe, met des

lectrons par effet thermolectronique ;lanode, porte un potentiel

denviron 2000 V par rapport la cathode,

attire les lectrons et forme le faisceau en

ne laissant passer que ceux qui sont dans

laxe ;

la premire lectrode

intermdiaire (wehnelt), un potentiel

lgrement plus ngatif que la cathode,

rgle le dbit des lectrons (et donc la

luminosit) en les repoussant plus ou

moins ;

la deuxime lectrode

intermdiaire, un potentiel lgrement

moins positif que lanode, rgle la focalisation des lectrons (et donc la finesse du trac) en les attirant plus

ou moins ;

les plaques verticales, spares par un intervalle horizontal, provoquent une dviation horizontale du

faisceau (vers la droite si la tension applique est positive, la rfrence tant la masse relie gauche) ;

les plaques horizontales, spares par un intervalle vertical, provoquent une dviation verticale du

faisceau (vers le haut si la tension applique est positive, la rfrence tant la masse relie en bas).

Il existe en outre sur certains modles un rglage dorientation du tube cathodique, pour sassurer que les

plaques de dviation sont respectivement parallles aux graduations horizontales et verticales de lcran.

8.2. Fonctionnement de loscilloscope

La vitesse des lectrons du faisceau est dtermine par la tension acclratrice U0 entre anode et cathode

; en ngligeant la vitesse initiale des lectrons : Ec = |qe| U0 3,2.10-16 J et v =

2Ec

m27000 km.s -1

; le trac est donc quasi-instantan.

remarque : les corrections relativistes sont ngligeables car

v2

c2

< 0,01.

La dviation (verticale et/ou horizontale) du faisceau est proportionnelle la tension U applique entre les

voie A oubase de temps

masse

voie A ouvoie B

(ou terre)

luminosit focalisation

haute tension2000 V

chauffage

cran


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plaques de dviation : D =

qe l L

mv2dU o l est la longueur des plaques de dviation, d la distance

qui les spare, et L la distance entre leur centre et lcran.


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OSCILLOSCOPE - TP1

Matriel

Pour chaque groupe (10 groupes)

1 oscilloscope

2 gnrateurs BF

1 frquencemtre

3 adaptateurs BNC/fiches 4 mm

12 fils (des longs et des courts)

2 cbles coaxiaux (BNC dun seul ct)

2 cbles coaxiaux (BNC des deux cts)

1 raccord BNC en T

1 prolongateur fiches 4 mm

2 contrleurs lectroniques

oscillo tp

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