les performance et limite dutilisation dun oscilloscope

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
Ministère De L’enseignement Supérieur Et De La Recherche Scientifique
Universite Kasdi-Merbah - Ouargla
Faculte Des Science Et Technologie Et Sciene De La Matiere
Departement De Genie Electrique
Spécialité : Electronique
Option : Automatique
Exposer sur :
Les Performances et limite d’utilisation d’un oscilloscope
Realiser par :
charge du module:
*Benras Kaoutar.
Dr. KAfi
*Benmaaza Houssem Eddine.
Année Universitaire :2010/2011
Le plan de travail:
Introduction générale
1. Rappel sur l’oscilloscope
2. Les performances d’oscilloscope:
2.1. La bande passante
2.2. Nombre de voie
2.3. Sensibilité verticale
2.4. Fréquence d’échantillonnage
2.5. La langueur d’enregistrement
3. Exemple sur les performances
4. Limites d’utilisation:
4.1. La période
4.2. La fréquence
4.3. Mesure de déphasage
Conclusion générale
Introduction générale
Un oscilloscope est un instrument de mesure destiné à visualiser un signal électrique, le
plus souvent variable au cours du temps. Il est utilisé par de nombreux scientifiques afin de
visualiser soit des tensions électriques, soit diverses autres grandeurs physiques préalablement
transformées en tension au moyen d'un convertisseur adapté .
Dans ce travail on va terminer la suite de l'étude qui à été faite par notre collègue, cette
suite représente l'étude de performance et limite d'utilisation d'un oscilloscope en générale.
La première étape dans le choix d'un oscilloscope n'est pas de regarder les publicités ou
spécifications d'oscilloscopes
-
mais plutôt d'investir un peu de temps à réfléchir à l'utilisation que l'on souhaite en
faire et où. Où va-t-on utiliser l'oscilloscope (dans un labo, chez un client, sous le
capot d'une voiture)?
-
Combien de signaux souhaite-t-on mesurer en même temps?
-
Quelles gammes de tension souhaite-t-on mesurer?
-
Quelle est la fréquence maximale à mesurer?
-
Les signaux sont-ils répétitifs ou uniques?
-
A-t-on besoin de voir les signaux en domaine fréquence de même qu'en domaine
temps?
Fort de ces connaissances, on peut maintenant considérer quel oscilloscope sera le mieux
adapté à ses propres applications.
1 .rappel sur l'osciloscope:
L’oscilloscope est un instrument de visualisation d’une tension variable au cours du temps.
Il permet d’accéder à de nombreuses mesures caractéristiques: période, amplitude, valeur
moyenne, déphasage…
Bien qu’il soit souvent avec un affichage numérique, il est important de décrire le
fonctionnement d’un oscilloscope analogique pour bien comprendre le principe du
éclenchement et des différents réglages.
Le tube cathodique simplifié ci-dessus est basé sur un canon à électrons dévié en X et en
Y grâce à la force électrostatique crée par un champ électrique sous vide. On trouve:
- Un canon à électrons: une résistance chauffante amène de l’énergie à une Cathode C
recouverte d’une couche d’oxyde. Celle-ci émet alors des électrons. Le Wehnelt (du nom de
son inventeur) permet de canaliser les électrons et d’en régler le débit en les repoussant plus
ou moins intensément (bouton intensité). Fortement accélérés par les anodes circulaires A1 et
A3, les électrons sont focalisés grâce à l’anode A2 qui joue le rôle d’une lentille
électrostatique (bouton focus).
1. Les performances d'oscilloscope:
Il plusieurs crêter pour choix d’un l’oscilloscope mais dans notre projet on dispose les
crêter commun entre l’oscilloscope analogique et l’oscilloscope numérique
1.1.
La bande passante:
La bande passante décrit la gamme de fréquences dans laquelle le signal d’entrée peut
traverser le frontal analogique avec une perte d’amplitude minimale : de la pointe de la sonde
ou du dispositif sous test jusqu’à l’entrée du C A/N. La bande passante est spécifiée comme la
fréquence à laquelle un signal sinusoïdal d'entrée est atténué à 70,7% de son amplitude
initiale, également appelée le point d’atténuation à -3 dB.
En règle générale, il est recommandé d’utiliser un numériseur doté d’une bande passante
au moins deux fois supérieure à la composante fréquentielle la plus élevée du signal.
Les oscilloscopes/numériseurs sont très largement utilisés pour mesurer le temps de
montée des signaux tels que les trains d’impulsion numériques ou d’autres signaux
caractérisés par des pentes raides. Ces signaux sont constitués par un contenu fréquentiel
élevé. Il faut avoir recours à un numériseur doté d'une bande passante élevée pour capturer la
véritable forme du signal. Par exemple, une onde carrée de 10 MHz se compose d’une onde
sinusoïdale de 10 MHz et d’un nombre infini de ses harmoniques. Afin de capturer la
véritable forme de ce signal, il faut utiliser un numériseur avec une bande passante assez large
pour capturer le plus grand nombre de ces harmoniques. Sinon, le signal sera déformé et les
mesures inexactes.
1.2.
Nombre de voie:
il est souvant nessessaire de voir plusieur signaux à la fois .la plus grande de
l’oscilloscop
actuelle proosent soi 2 ou 4 voies.
1.3.
Sensibilité verticale:
La sensibilité verticale indique combien l'amplificateur vertical peut amplifier un signal
faible. La sensibilité verticale est généralement donné en millivolts (mV) par division. La plus
petite tension d'un oscilloscope à usage général peut détecter est typiquement d'environ 2
mV par division verticale de l'écran.
1.4.
Fréquence d'échantillonnage:
La section précédente traitait de la bande passante, qui est l’une des spécifications les
plus importantes d’un numériseur ou d’un oscilloscope. Cependant, dans le cas
d’oscilloscopes numériques, une bande passante élevée est moins essentielle si la vitesse
d’échantillonnage est insuffisante.
La bande passante représente l’onde sinusoïdale avec la fréquence la plus élevée
pouvant être numérisée avec une atténuation minimale, tandis que la vitesse d’échantillonnage
est simplement la vitesse à laquelle le convertisseur analogique/numérique (C A/N) dans le
numériseur ou l’oscilloscope est cadencé pour numériser le signal entrant. Il faut garder à
l’esprit que la vitesse d’échantillonnage et la bande passante ne sont pas directement liées.
Toutefois, il existe une règle empirique concernant la relation souhaitable entre ces deux
spécifications importantes :
Vitesse d’échantillonnage en temps réel du numériseur = 3 à 4 fois la bande passante du
numériseur
Le théorème de Nyquist affirme que la vitesse d’échantillonnage du numériseur doit être
au moins deux fois supérieure à la composante fréquentielle la plus élevée du signal mesuré
pour éviter le repliement. Cependant, échantillonner un signal à tout juste deux fois la plus
haute fréquence le constituant n'est pas suffisant pour reproduire avec exactitude les signaux
dans le domaine fréquentiel. Afin de numériser le signal entrant de manière précise, la vitesse
d’échantillonnage temps réel du numériseur doit être au moins 3 à 4 fois supérieure à sa bande
passante. Pour comprendre la raison à cela, il vous suffit d’observer la figure ci-dessous : quel
signal numérisé préféreriez-vous voir affiché sur votre oscilloscope ?
L’image de gauche est sous-échantillonnée ; il en résulte un signal numérisé déformé.
L’image de droite, quant à elle, dispose de suffisamment de points d’échantillonnage pour
reconstituer le
signal de manière précise. À l’évidence, pour les applications dans le domaine temporel,
le choix se portera en priorité sur le numériseur avec la vitesse d’échantillonnage plus élevée.
1.5.
La langueur d'enregistrement:
La longueur d'enregistrement d'un oscilloscope numérique indique combien de points de
forme d'onde de l'oscilloscope est en mesure d'acquérir pour un enregistrement de forme
d'onde. Certains oscilloscopes numériques vous permettent d'ajuster la longueur
d'enregistrement. La longueur maximale d'enregistrement dépend de la quantité de mémoire
dans votre oscilloscope. Depuis l'oscilloscope ne peut stocker qu'un nombre fini de points de
forme d'onde, il ya un compromis entre le détail d'enregistrement et de longueur
d'enregistrement. Vous pouvez acquérir soit une image détaillée d'un signal pendant une
courte période de temps (l'oscilloscope "remplit" sur des points de forme d'onde rapidement)
ou une image moins détaillée pour une plus longue période de temps. Certains oscilloscopes
vous permettent d'ajouter plus de mémoire pour augmenter la longueur d'enregistrement pour
des applications spéciales.
2. Exemple réels sur les performences d'un osciloscope:
Metrix Oscilloscopes autonomes série OX 7000 :
*Ecran LCD couleur
*33 touches de commandes directes
*Mémoire de 2,5 K à 50 K (option) par voie.
* Sensibilité de 2,5 mV à 200 V/div. Jusqu’à 156 μV en mode
zoom horizontal.
*Bande passante 100 MHz
3. Limites d'utulisation d'un osciloscope:
3.1. La période:
La période d'une tension périodique est le plus petit intervalle de temps au bout
duquel elle se reproduit identique à elle même. (Noté T )
3.2.
La fréquence:
La fréquence d'une tension périodique est le nombre de répétitions de la tension,
identique à elle-même, par unité de temps. Je glisse une formule au passage :
𝑓=
1
𝑇
f est la fréquenence en Hz et t le temps en seconde(S).
3.3.
Mésure de déphasage:

Méthode directe :
Soint deux signaux électrique tels que :
𝑈1 (𝑡) = 𝑈𝑚1 cos⁡(𝜔𝑡) et
𝑈2 (𝑡) = 𝑈𝑚2 cos⁡(𝜔𝑡 + 𝜑) .ils ont la méme
fréquence.mais il existe un déphasage 𝜑⁡entre
eux :
𝛿𝑡
𝜑 = 2𝜋 𝑇 (en radiant)
𝜑 = 360
𝛿𝑡
𝑇
(en dégrée)
 Méthode de Lissajous :
En choisissant le mode X-Y de l’oscilloscope. Nous obtenons sue l’écran U2 en fonction U1.
U2(U1) a la forme d’une ellipse, elle est appelée courbe de lissajous. A partir de cette ellipse,
on peur extraire le déphasage 𝜑 ,car :
𝑈
𝑈
𝑠𝑖𝑛𝜑 = 𝑈 1 ou bien 𝑠𝑖𝑛𝜑 = 𝑈 2
𝑚1
𝑚2
Conclusion générale
On termine notre travail par un tableau qui exprime quelque défirence entre un
oscilloscope analogique (encienne version) et l'oscilloscope numérique (nouvelle version):
Oscilloscope numérique
. bande passante très elvée
Les
performences
Limite
d'utilisation
. la sencibilitée verticale est
exicte
Oscilloscope analogique
. la bande passante est bas par
apport à un oscilloscope numérique
. la sencibilité verticale n'exicte pas
. la vitesse d'échantillonnage est
plus elvée
. une faible fréquence
d'échantillonnage
.on peut augmente la longueur
d'enregistrement pour des
applications spéciales
. on peut stocker un nombre fini de
points de formes d'onde.
Les mêmes limites d'utilisations
Les références
Principes fondamentaux des oscilloscopes(Pour les élèves-ingénieurs et étudiants en
physique de premier cycle)(PowerPoint).
Agilent U2701A/U2702A Oscilloscopes modulaires USB(PDF).
www.Testoon instruments de mesure - Comment choisir ... Un Oscilloscope.htm
Oscilloscope _ principe et utilisation (Pdf).
L’oscilloscope à signaux mixtes vise performances et petit prix (Pdf).
L’oscilloscope(PDF).
Quelle bande passante pour votre oscilloscope (Pdf)
Utilisation D'un Oscilloscope.(Pdf)
Les 10 points essentiels pour choisir un numériseur/oscilloscope (pdf)