Oscilloscopes numériques
(376)Il est difficile d’imaginer un ingénieur en électronique qui n’a jamais eu affaire à un oscilloscope. Il s’agit d’instruments de mesure multifonctionnels et précis, actuellement disponibles presque exclusivement en versions numériques. Au cours des dernières décennies, de nombreux modèles abordables sont apparus sur le marché (souvent destinés à être utilisés par des amateurs, des amateurs et des étudiants). Sachant que l’offre de TME ne s’adresse pas seulement aux professionnels expérimentés, ci-dessous nous présentons les caractéristiques générales des oscilloscopes numériques, détaillant leurs fonctions et domaines d’application les plus importants.
Qui utilise les oscilloscopes ?
Les oscilloscopes font partie des instruments de mesure les plus importants, la réponse à cette question devrait donc être : tous ceux qui s’occupent d’électronique. Un oscilloscope permet de voir les changements de tension au fil du temps et d’analyser le fonctionnement des circuits électriques et électroniques (par exemple les alimentations et les convertisseurs), de vérifier le fonctionnement des prototypes, de mener des recherches et d’enseigner les lois élémentaires de la physique. Dans le domaine de l’ingénierie radio, dont les applications se développent avec le développement des méthodes de communication sans fil, travailler sans oscilloscope est pratiquement impossible, car il permet d’obtenir les paramètres de fonctionnement appropriés des émetteurs et des récepteurs. Dans le cas de l’électronique numérique, les oscilloscopes ont moins d’applications, ils sont principalement utilisés pour détecter les interférences, étudier les signaux PWM et le fonctionnement des convertisseurs A/D et D/A, mais il faut également souligner que les fonctionnalités de base des oscilloscopes sont en constante expansion, ce qui s’avère également utile dans le domaine de l’analyse des protocoles de communication etc.
Différence entre oscilloscope analogique et numérique
Peu d’ingénieurs en électronique utilisent encore des oscilloscopes analogiques (généralement pour des raisons d’habitude et de coût), mais rappelez-vous que pendant des décennies, ils ont été la seule option disponible. Leur fonctionnement reposait (pour le dire très simplement) sur le traitement et l’amplification de signaux électriques, de sorte qu’ils utilisaient des électro-aimants pour courber le faisceau d’électrons dirigé vers l’écran. Les changements de courants dans les bobines de l’électro-aimant (cycliques pour l’axe horizontal et dépendants de la tension d’entrée pour l’axe vertical) provoquaient le mouvement du point où les électrons tombaient sur la surface du tube cathodique. En ajustant la fréquence à laquelle la coordonnée horizontale du point changeait à la fréquence du signal, un graphique clair des changements de tension sur une période de temps donnée pouvait être obtenu sur l’écran. Dans le cas des oscilloscopes numériques, comme leur nom l’indique, les mesures sont effectuées à l’aide de convertisseurs analogique-numérique et les données acquises sont enregistrées en mémoire et présentées à l’écran non pas directement, mais via un logiciel.
Avantages et fonctions des oscilloscopes numériques
Puisque les résultats de mesure sont stockés sous forme de données dans des oscilloscopes numériques, nous pouvons les traiter par logiciel et à l’aide de circuits logiques. Cela permet de créer des appareils avec une large plage de mesure et une analyse détaillée des valeurs obtenues. Une telle recherche est réalisée à l’aide de plusieurs fonctionnalités :
Sauvegarder le graphique de tension et l’afficher
Contrairement aux appareils analogiques, les oscilloscopes numériques peuvent même représenter graphiquement une seule impulsion car le signal mesuré n’a pas besoin d’être périodique. Cependant, il est également possible de suivre les valeurs de tension en temps réel, tandis que le logiciel fournira automatiquement les valeurs extrêmes et ajustera la période d’échantillonnage. Il est également possible d’agrandir des parties du graphique et d’ajuster son échelle séparément pour chaque canal.
Fonctions de mesure et d’analyse
Les fonctions de base des oscilloscopes numériques permettent d’effectuer des mesures de tension et de fréquence, ainsi que des opérations mathématiques sur des valeurs et des courbes sélectionnées, ce qui permet de vérifier les phases, les signaux d’horloge ou le PWM. La fonction FFT (Fast Fourier Transform) est également souvent présente dans les appareils, ce qui permet à l’oscilloscope de faire office d’analyseur de spectre (grâce auquel vous pouvez, entre autres, identifier les interférences, le bruit et autres signaux dans un large spectre de fréquences).
Possibilités concernant le déclenchement
Les oscilloscopes numériques offrent à l’utilisateur de larges possibilités en termes de réglages de déclenchement, c’est-à-dire ils permettent de déterminer des conditions après lesquelles la mesure sera lancée. Les réglages dans cette plage incluent le dépassement du niveau défini, l’impulsion, la détection d’un front descendant ou montant et même la courbure. Les appareils sont également équipés d’un contrôle de période « d’attente » ou « mort », c’est-à-dire la fonction Holdoff Control. Grâce à cette structure, l’oscilloscope peut être utilisé pour observer des parties spécifiques de la forme d’onde, des anomalies et même surveiller les lignes de communication série.
Communication et transmission de données
Des logiciels informatiques spécialisés sont le plus souvent utilisés pour regrouper et analyser de grandes quantités de données. Pour permettre l’importation des données de l’oscilloscope ces appareils sont équipés d’interfaces de communication standards (USB, Ethernet, parfois même Wi-Fi). Cela permet non seulement de télécharger des informations, mais également d’observer les mesures en temps réel et même de contrôler l’oscilloscope à distance. Ce type d’installations est particulièrement utile dans des conditions de recherche en laboratoire et au stade du prototypage – surtout si elles sont réalisées par des équipes d’ingénieurs, dans lesquelles les aspects les plus importants du travail incluent le partage des résultats du travail.
Sondes et accessoires
Les sondes spécialisées qui permettent d’examiner diverses quantités et le fonctionnement des sources d’énergie et des signaux sont une extension supplémentaire des applications des oscilloscopes. Il s’agit notamment de sondes : passives (typiques), équipées d’un commutateur de facteur d’amortissement (c’est-à-dire avec un diviseur de tension limitant la sensibilité au bruit), de courant (pour enregistrer les changements d’intensité), différentielles (utilisées principalement pour mesurer les valeurs de haute tension dans les lignes électriques) et actives (qui peuvent offrir des fonctionnalités supplémentaires ou une plage étendue de fréquences testées).
Interface basée sur le logiciel
Un énorme avantage des oscilloscopes numériques réside dans leur interface riche, qui étend non seulement les capacités des appareils, mais facilite également leur utilisation. Premièrement, l’écran relativement haute résolution vous permet d’afficher des informations détaillées, ainsi que des « astuces » et des explications sur les fonctions individuelles. Deuxièmement, l’utilisation de matrices tactiles rend l’utilisation de l’oscilloscope presque intuitive. Troisièmement, l’utilisateur peut adapter le fonctionnement de l’appareil à ses besoins, par exemple en enregistrant les paramètres pour effectuer des mesures fréquemment répétées. Finalement, il convient également de souligner que les fabricants proposent souvent des correctifs pour le logiciel de leurs oscilloscopes, améliorant leur fonctionnalité et leur précision – des packages de firmware distincts sont parfois disponibles moyennant des frais supplémentaires et offrent une extension significative des capacités de l’appareil.
Fonctions supplémentaires
Les oscilloscopes modernes sont des équipements de laboratoire dont les capacités vont bien au-delà de la mesure. Ils disposent souvent de générateurs de fonctions intégrés avec diverses formes d’onde, peuvent décoder les signaux du protocole de communication et même servir d’analyseurs logiques (enregistrant l’état de plusieurs lignes sur une période de temps relativement longue). Ces fonctions sont particulièrement utiles lorsque vous travaillez avec de l’électronique numérique.
Utilisation d’oscilloscopes numériques
Les fonctions ci-dessus permettent d’utiliser les oscilloscopes dans de nombreux domaines – ils sont également devenus des appareils à des prix plus abordables. De plus, même les modèles de base se caractérisent par une fréquence de fonctionnement élevée, une bonne résolution et précision. Grâce à cela, non seulement le champ d’application des oscilloscopes s’est élargi, mais également le groupe de leurs utilisateurs.
Test et maintenance de circuits électroniques
La conception et la réparation d’appareils électroniques constituent un domaine dans lequel les oscilloscopes sont un équipement indispensable est. Dans ce domaine, le plus important est d’obtenir les valeurs appropriées de tension, de courant et de fréquence prévues dans la conception. L’oscilloscope vous permet de détecter les écarts par rapport aux paramètres de fonctionnement corrects, d’identifier les défauts ou les hypothèses incorrectes faites au stade de la conception.
Analyse du signal en télécommunications
Les normes de communication et de télécommunications définissent strictement les spécifications de fonctionnement autorisées des appareils et des composants. En cas d’interférences voire d’erreurs, l’oscilloscope permet de détecter les causes de cet état de fait – localiser la source d’interférence, mesurer les instants de transmission des signaux, les valeurs de tension appropriées entre les lignes, etc.
Qualité de la source d’alimentation
La recherche sur les sources d’énergie et la qualité de l’énergie est un autre domaine d’application important des oscilloscopes numériques. Il s’agit d’activités typiques réalisées dans le cadre de la maintenance et l’inspection des installations industrielles, notamment des parcs de machines où fonctionnent des systèmes automatisés. Ici, les oscilloscopes sont utilisés pour vérifier les tensions présentes dans les lignes électriques ou les sorties de l’onduleur, ainsi que les courants fournis aux composants individuels – pour garantir un fonctionnement optimal du système et la sécurité des opérateurs de machines.
Développement et recherche
Comme les oscilloscopes numériques se caractérisent non seulement par leur multifonctionnalité, mais aussi par leur sensibilité élevée, ils sont largement utilisés dans la recherche en laboratoire – dans les centres de développement et les universités. Ils sont bien sûr utilisés dans les domaines de la physique, de l’électrotechnique, de la radiotechnique mais aussi de la chimie, de l’astronomie et de la médecine – pratiquement toutes les disciplines dans lesquelles les équipements électroniques jouent un rôle de plus en plus important.
Éducation
À la fin il faut souligner que les oscilloscopes sont un excellent outil pédagogique. Grâce à lui, les élèves et les étudiants peuvent examiner expérimentalement et « voir » le cours du courant électrique, difficile à illustrer et souvent enseigné de manière purement théorique – ce qui ne se traduit pas toujours par des résultats satisfaisants.
Entrepôt :
