Un oscilloscope, auparavant connu sous le nom d'oscillographe, est un instrument qui affiche graphiquement des signaux électriques et montre comment ces signaux évoluent au fil du temps. Il mesure ces signaux en se connectant à un capteur, c'est-à-dire un appareil qui crée un signal électrique en réponse à des stimuli physiques tels que le son, la lumière et la chaleur. Par exemple, un microphone est un capteur qui convertit le son en signal électrique.
Nous vous présentons ici tout ce que vous devez savoir sur l'oscilloscope, de son fonctionnement à la recherche du meilleur oscilloscope.
Histoire de l'oscilloscope
En 1897, un physicien allemand, Karl Ferdinand Braun, a inventé un tube cathodique et, parallèlement, le premier oscilloscope, qui a été développé des décennies plus tard par la société A. C. Cossor. En 1934, le premier oscilloscope commercial a été lancé par General Radio, et il est devenu le premier à être utilisé en dehors d'un laboratoire. Et, en 1946, Howard Vollum et Melvin Jack Murdock ont fondé Tektronix, qui est devenu l'un des leaders mondiaux en matière d'oscilloscopes. Depuis, Tek n'a cessé de lancer de nouvelles technologies innovantes, notamment le premier oscilloscope numérique en 1971 et la première solution logicielle oscilloscope-cloud, TekDrive, en 2020. Les oscilloscopes sont un élément essentiel de tout banc d'ingénieur et ont même été représentés dans des films célèbres à travers l'histoire. Vous pouvez visiter le site Web du musée Tek pour consulter la liste complète des oscilloscopes utilisés dans les films.
A quoi sert un oscilloscope ?
Les oscilloscopes sont souvent utilisés lors de la conception, de la fabrication ou de la réparation d'équipements électroniques. Les ingénieurs utilisent un oscilloscope pour mesurer les phénomènes électriques et résoudre les problèmes de mesure rapidement et avec précision afin de vérifier leurs conceptions ou de confirmer le bon fonctionnement d'un capteur.
Qui utilise les oscilloscopes ?
Les scientifiques, les ingénieurs, les physiciens, les techniciens de réparation et les enseignants utilisent des oscilloscopes pour observer l'évolution des signaux au fil du temps. Un ingénieur automobile peut aussi utiliser un oscilloscope pour corréler les données analogiques des capteurs avec les données série de l'unité de commande du moteur. Par ailleurs, un chercheur en médecine peut utiliser un oscilloscope pour mesurer les ondes cérébrales. Les applications de ce puissant instrument ne manquent pas.
Comment fonctionne un oscilloscope ?
Il existe trois systèmes principaux d'oscilloscopes : les systèmes verticaux, horizontaux et à déclenchement. Ensemble, ces systèmes fournissent des informations sur le signal électrique afin que l'oscilloscope puisse le reconstituer avec précision. L'image ci-dessous montre le schéma fonctionnel d'un oscilloscope.
Le premier étage atténue ou amplifie la tension du signal afin d'optimiser l'amplitude du signal. On l'appelle « système vertical » car il dépend de la commande d'échelle verticale. Le signal atteint ensuite le bloc d'acquisition, où le convertisseur analogique-numérique (ADC) est utilisé pour échantillonner la tension du signal et la convertir en une valeur de format numérique. Le système horizontal, qui contient une horloge d'échantillonnage, donne à chaque échantillon de tension une coordonnée temporelle (horizontale) précise. L'horloge d'échantillonnage pilote l'ADC et sa sortie numérique est stockée dans la mémoire d'acquisition en tant que point d'enregistrement. Le système de déclenchement détecte une condition spécifiée par l'utilisateur dans le flux de signal entrant et l'applique comme référence temporelle dans l'enregistrement de la forme d'onde. L'événement répondant aux critères de déclenchement est affiché, ainsi que les données de forme d'onde précédant ou suivant l'événement.
Oscilloscope, multimètre numérique et voltmètre
Oscilloscope, multimètre numérique et voltmètre : quelle est la différence et sont-ils interchangeables ? Un voltmètre mesure la différence de potentiel entre deux nœuds d'un circuit électrique. Même si un multimètre numérique mesure également la tension, il peut également mesurer le courant et la résistance. Et un oscilloscope montre l'évolution de la tension au fil du temps. Généralement, au fur et à mesure que l'application devient plus avancée, l'instrument évolue également.
Que mesure un oscilloscope ?
En termes simples, un oscilloscope mesure les ondes de tension. Sur l'écran d'un oscilloscope, la tension est affichée verticalement sur l'axe Y et le temps est représenté horizontalement sur l'axe X. L'intensité ou la luminosité de l'écran est parfois appelée axe Z. Le graphique qui en résulte peut vous renseigner sur de nombreux éléments sur un signal, notamment :
- Valeurs temporelles et de tension d'un signal
- Fréquence d'un signal oscillant
- Les « parties mobiles » d'un circuit représentées par le signal
- Fréquence à laquelle une partie particulière du signal se produit par rapport à d'autres parties
- Si un composant défectueux est en train de déformer le signal
- La quantité de courant continu (DC) ou de courant alternatif (AC) dans un signal
- La partie du signal qui est du bruit
- Si le bruit évolue au fil du temps
Les différents types d'oscilloscopes
Il existe deux types d'oscilloscopes : analogique et numérique. Un oscilloscope analogique capture et affiche la forme d'onde de tension dans sa forme d'origine, tandis qu'un oscilloscope numérique utilise un convertisseur analogique-numérique pour capturer et stocker les informations sous forme numérique. En matière de débogage et de conception, la plupart des ingénieurs utilisent aujourd'hui des oscilloscopes numériques. Les oscilloscopes numériques se répartissent généralement en cinq catégories, allant des oscilloscopes à usage général les moins coûteux aux oscilloscopes plus complexes qui, bien que plus chers, offrent des fonctionnalités avancées et une plus grande précision que les modèles les plus basiques.
- Oscilloscope à stockage numérique (DSO) : il s'agit d'un oscilloscope numérique classique, idéal pour les applications de conception multicanales à faible taux de répétition ou à prise unique et à haute vitesse.
- Oscilloscope au phosphore numérique (DPO): un DPO adopte une nouvelle approche de l'architecture de l'oscilloscope et, contrairement aux DSO, fournit l'axe Z (intensité) en temps réel. Les DPO constituent le meilleur outil de conception et de dépannage à usage général pour un large éventail d'applications et sont souvent utilisés pour des analyses avancées, des tests de masques de communication, le débogage numérique de signaux intermittents, la conception numérique répétitive et les applications de synchronisation.
- Oscilloscope à signaux mixtes (MSO): un type de DSO, les MSO sont conçus pour afficher et comparer des signaux analogiques et numériques. C'est l'instrument de choix pour le débogage rapide des circuits numériques à l'aide d'un puissant déclenchement numérique, d'une capacité d'acquisition haute résolution et d'outils d'analyse.
- Oscilloscope à domaine mixte (MDO): ces oscilloscopes offrent les mêmes fonctionnalités que les oscilloscopes à signaux mixtes, mais proposent également un analyseur de spectre intégré, qui ajoute le débogage RF aux fonctionnalités analogiques et numériques.
- Oscilloscope d'échantillonnage numérique : conçus pour l'analyse de signaux à très haute vitesse, les oscilloscopes d'échantillonnage prennent en charge l'analyse de la gigue et du bruit avec des acquisitions à très faible gigue. Il peut atteindre une bande passante et une synchronisation à haute vitesse 10 fois supérieures à celles des autres oscilloscopes pour les signaux répétitifs.
Apprenez-en davantage sur les différents types d'oscilloscopes et leurs caractéristiques pour trouver l'oscilloscope adapté à votre application.
Comment choisir le meilleur oscilloscope ?
Lorsqu'il s'agit de choisir le bon oscilloscope, de nombreux facteurs doivent être pris en compte, notamment la bande passante, la fréquence de capture de la forme d'onde, la fréquence d'échantillonnage, le temps de montée, les capacités de déclenchement ainsi que le prix. Tout comme la vitesse d'obturation, les conditions d'éclairage et l'ouverture d'un appareil photo affectent sa capacité à capturer une image de manière claire et précise, les considérations de performance d'un oscilloscope affectent de manière significative sa capacité à atteindre l'intégrité du signal requise. Pour en savoir plus sur ces critères et sur la manière dont ils peuvent être liés à vos applications, consultez notre guide détaillé sur l'évaluation d'un oscilloscope.
Ressources sur les oscilloscopes
Les oscilloscopes numériques sont essentiels pour aider les ingénieurs à relever les défis de mesure les plus exigeants d'aujourd'hui. Tektronix est le leader mondial en matière d'oscilloscope et propose une vaste gamme d'oscilloscopes pour répondre aux besoins des applications les plus avancées. Achetez des oscilloscopes dès aujourd'hui ou contactez un représentant Tektronix pour demander une démonstration.
Vous n'êtes pas encore prêt ? Téléchargez notre abécédaire des oscilloscopes pour apprendre tout ce que vous devez savoir afin de choisir et d'utiliser l'oscilloscope le mieux adapté à votre application.