Objectif, portée. Oscilloscopes. Types et fonctionnalités. Appareil et fonctionnement. Application Oscilloscope électronique objectif schéma fonctionnel fonctionnement

Un oscilloscope électronique (EO) est un appareil avec lequel on observe, examine et mesure les amplitudes des signaux électriques et leurs paramètres de synchronisation. Un tel appareil est l'unité de mesure radio la plus courante, grâce à laquelle vous pouvez voir les processus électriques se produire, quel que soit le moment où l'impulsion apparaît et sa durée. A partir de l'image transmise à l'écran, il est possible de déterminer avec précision les fluctuations d'amplitude du signal étudié et leur durée sur n'importe quelle partie du réseau.

Les oscilloscopes fonctionnant sur la base d'un tube cathodique sont des unités encombrantes et peu mobiles. Cependant, ils se caractérisent par une grande précision de mesure. De tels appareils sont capables de traiter rapidement les signaux entrants. Ils ont une large gamme de fréquences et une excellente sensibilité.

Portée d'utilisation de l'EO

La portée des oscilloscopes est vaste. Avec leur aide, le chercheur pourra observer les formes des impulsions électriques, grâce auxquelles cet appareil est devenu un « assistant » indispensable dans le travail de configuration des équipements électroniques. Capacités EO :

• détermination des paramètres de tension et de temps du signal et de sa fréquence ;
• observer la forme d'onde ;
• suivre la distorsion des impulsions sur n’importe quelle partie du réseau ;
• détermination du déphasage ;
• mesure du courant, de la résistance.

Lors de la mesure des valeurs de tension dans les circuits électriques, l'oscilloscope ne consomme pratiquement aucune énergie et fonctionne sur une large plage de fréquences.

L'oscilloscope électronique est utilisé dans les laboratoires de recherche, les services de diagnostic automobile et les ateliers de réparation électronique. Grâce à cet appareil, vous pouvez déterminer rapidement la cause du dysfonctionnement du microcircuit.

Dispositif d'oscilloscopes électroniques

Malgré le large éventail de radios instruments de mesure, circuit d'oscilloscope, quel que soit le modèle et caractéristiques de conception les unités sont à peu près les mêmes. Les composants les plus importants de toute EO :

• tube à rayons cathodiques (CRT);
• canaux de déviation (verticaux et horizontaux);
• Bloc de contrôle ;
• calibrateurs;
• source de courant.

La partie principale de l'EO est un tube cathodique sous vide, qui est un récipient en verre allongé. Il contient un complexe d'électrodes (appelé canon à électrons) et un écran phosphorescent, grâce auquel la bioluminescence peut être observée suite à l'entrée d'électrons. Le tube à vide contient également une cathode, un modulateur, 2 anodes et une paire de plaques de déflexion. Le canal horizontal contient un générateur de balayage, un dispositif de synchronisation et un amplificateur. Le canal de déviation verticale comprend un câble de connexion, un interrupteur à bascule d'entrée et des diviseurs de tension.

L'unité de commande est conçue pour éclairer la course de balayage aller et est nécessaire pour éteindre le faisceau d'électrons pendant la course retour. Un calibrateur est un appareil qui remplit la fonction d'un générateur de tension. Il est conçu pour une détermination très précise de la fréquence et de l'amplitude des signaux d'impulsion. Le bloc d'alimentation alimente tous les composants et mécanismes de l'EO. Une tension de 220 V est fournie au bloc, après quoi elle est convertie et dirigée vers des filaments incandescents, des amplificateurs générateurs et d'autres composants de l'appareil.

Caractéristiques du fonctionnement des oscilloscopes électroniques

Le fonctionnement de tout modèle EO implique la transformation des impulsions étudiées en une image visuelle affichée sur l'écran d'un CRT sous vide. Les électrons sont émis à l’aide d’un canon à électrons situé à l’opposé de l’extrémité du tube à faisceau. Entre le système d'électrodes et l'écran se trouvent un modulateur à travers lequel le flux d'électrons est ajusté, ainsi que 2 paires de plaques qui permettent de dévier le faisceau d'électrons horizontalement ou verticalement.

Le principe de fonctionnement d'un CRT est le suivant : une tension alternative est fournie au filament, et une tension constante est fournie au modulateur. Les plaques déflectrices sont alimentées Tension continue, grâce à quoi le flux d'électrons se déplace vers les côtés, et la variable est nécessaire pour créer une ligne de balayage. Sa longueur est affectée par l'amplitude de la tension en dents de scie. Lorsque la tension est appliquée simultanément à une et à la deuxième paire de plaques, une ligne de balayage sinusoïdale de l'impulsion étudiée s'affiche sur l'écran.

Sélection de l'EO en fonction du but

Les modèles d'oscilloscopes électroniques les plus courants sont considérés comme des appareils universels. Dans ceux-ci, le signal étudié est fourni via des atténuateurs et des amplificateurs à un CRT à déviation verticale. La pente horizontale est due au générateur de balayage. De tels dispositifs permettent d'étudier des impulsions électriques dans une large gamme de fréquences et d'amplitudes. Grâce à ces modèles d'oscilloscope, il est possible de mesurer la durée d'un signal entrant en fractions de secondes.

L'utilisation d'oscilloscopes électroniques stroboscopiques permet d'étudier les formes et de mesurer les paramètres d'amplitude et de temps de signaux apparaissant périodiquement. De tels dispositifs sont nécessaires pour étudier les processus transitoires dans la technologie des semi-conducteurs à grande vitesse, des micromodules et des dispositifs intégrés. À l'aide de cet appareil de mesure, vous pouvez observer des signaux répétitifs d'une durée d'une fraction de seconde.

Des oscilloscopes à rayons cathodiques spéciaux sont conçus pour résoudre des problèmes spécifiques. Le plus souvent, ces appareils sont utilisés pour étudier les signaux de télévision et de radar. Les unités à usage spécial contiennent des composants spécifiques dans leur conception.

Les oscilloscopes à stockage sont également largement utilisés. Ils sont utilisés lorsqu'il est nécessaire d'étudier des processus lents et des impulsions uniques. Ces modèles EO sont équipés d'un dispositif spécial avec mémoire, grâce auquel il est possible de sauvegarder les données reçues pendant un certain temps. Si nécessaire, le signal peut être reproduit pour son étude et son traitement ultérieur.

Pour surveiller les signaux harmoniques ou pulsés circulant en temps réel en unités de nanosecondes, des EO à grande vitesse sont utilisés. Le traitement rapide des impulsions par de tels dispositifs est obtenu grâce à l'utilisation d'un CRT à ondes progressives. Ces appareils ne disposent pas d'amplificateur générateur dans le canal de déviation verticale.

Les EO avec blocs remplaçables sont également très demandés. En changeant l'unité sur l'appareil, vous pouvez modifier ses caractéristiques et ses paramètres de fonctionnement de base, tels que :

• bande passante ;
• facteur de balayage ;
• valeur d'écart.

En changeant le bloc, il est possible de modifier les fonctionnalités de l'appareil.

Sélection de l'EO en fonction du nombre de canaux

Les fabricants d'instruments de mesure radio produisent des oscilloscopes qui peuvent être simples, doubles ou multifaisceaux, ainsi qu'à deux et multicanaux. L'EO à faisceau unique est une unité dotée d'un périphérique d'entrée. Les plus courants sont les appareils à deux faisceaux et à deux canaux. Ils sont conçus pour l'observation et l'étude simultanées de deux signaux d'impulsion sur un écran CRT.

Les oscilloscopes à double faisceau sont pratiques à utiliser lorsqu'il est nécessaire de comparer des signaux d'impulsion en sortie et en entrée, de surveiller différents convertisseurs et de résoudre d'autres problèmes. Ces appareils électroniques disposent de 4 modes de fonctionnement :

1. Monocanal, lorsqu'il est activé, un seul des deux canaux fonctionne.
2. Alternance, qui permet d'allumer tour à tour un et le deuxième canal après chaque balayage.
3. Une interruption qui permet d'activer les deux canaux. Cependant, leur commutation se produit à une fréquence inégale.
4. Un ajout grâce auquel les deux canaux fonctionnent à la même charge.

Les appareils à double canal et à double faisceau ont leurs avantages et leurs inconvénients. Les avantages du premier sont un prix économique et un excellent Caractéristiques. Les avantages de cette dernière résident dans la possibilité d'étudier deux signaux à la fois séparément et ensemble. Les appareils électroniques multifaisceaux sont fabriqués selon le principe des deux faisceaux. Autant de faisceaux qu'un oscilloscope possède, il possède le même nombre d'entrées de signal.

Avantages des oscilloscopes électroniques

Les oscilloscopes électroniques présentent un certain nombre d'avantages importants :

• mesure opérationnelle de l'amplitude du signal avec un oscilloscope ;
• stabilité d'image élevée ;
• sensibilité accrue;
• Énorme fonctionnalité pour une utilisation pratique.

Les mesures effectuées par EO sont exceptionnellement claires. Avec leur aide, vous pouvez envisager n'importe quel processus électrique. En utilisant l'image sur un CRT, il est possible de mesurer et de comparer des courants et des tensions, quelle que soit leur forme, ainsi que d'évaluer leurs valeurs d'amplitude et les caractéristiques de phase de divers équipements. Un oscilloscope est un instrument simple offrant une grande précision de mesure. La présence d'une vaste gamme de tels appareils de mesure radio vous permettra de sélectionner un appareil à des fins spécifiques.

Caractéristiques de la connexion EO

L'appareil de mesure radio doit être connecté à la source des signaux étudiés à l'aide de fils et d'un câble coaxial. Des câbles de connexion doivent être utilisés pour observer des impulsions continues de basse et moyenne fréquence. Afin d'étudier les impulsions et les tensions haute fréquence, il est conseillé d'utiliser des câbles haute fréquence. Pour affaiblir l'influence du circuit d'entrée, l'appareil est connecté à l'aide d'un répéteur. Un tel dispositif présente une résistance active élevée, une faible capacité d'entrée, des paramètres d'amplitude et de fréquence égaux et un faible coefficient de transmission.

En cas de mesure de tension avec une impulsion haute tension, un diviseur de tension doit être inclus entre la sortie de la source de signal et l'entrée de l'appareil de mesure radio. Afin d'éviter toute distorsion lors de l'émission d'impulsions courtes, il est conseillé d'utiliser des câbles haute fréquence d'une longueur minimale. S'il est nécessaire d'obtenir des oscillogrammes avec des impulsions de courant, une résistance supplémentaire avec une petite valeur d'inductance doit être incluse dans le circuit étudié.

Si vous demandez à un régleur électronique professionnel ou à un ingénieur radio : « Quel est l'appareil le plus important sur votre lieu de travail ? La réponse sera claire : « Bien sûr, un oscilloscope ! Et c’est effectivement le cas.

Bien entendu, impossible de se passer d’un multimètre. Mesurer la tension aux points de contrôle du circuit, mesurer la résistance et le courant, « faire sonner » la diode ou vérifier le transistor - tout cela est important et nécessaire.

Mais lorsqu'il s'agit d'ajuster et de configurer n'importe quel appareil électronique, du simple téléviseur à l'émetteur multicanal station orbitale, alors impossible de se passer d'un oscilloscope.

L'oscilloscope est conçu pour l'observation visuelle et le contrôle de signaux périodiques de toute forme : sinusoïdale, rectangulaire et triangulaire. Grâce à sa large plage de balayage, il permet de balayer l'impulsion afin que même des intervalles de nanosecondes puissent être surveillés. Par exemple, mesurez le temps de montée d'une impulsion, et dans les équipements numériques, c'est un paramètre très important.

Un oscilloscope est une sorte de téléviseur qui affiche des signaux électriques.

Comment fonctionne un oscilloscope ?

Pour comprendre le fonctionnement d'un oscilloscope, considérons un schéma fonctionnel d'un appareil moyenné. Presque tous les oscilloscopes sont conçus de cette façon.

Seuls deux ne sont pas représentés sur le schéma. source de courant: une source haute tension utilisée pour générer de la haute tension pour le CRT ( Tube à rayons cathodiques) et basse tension, assurant le fonctionnement de tous les composants de l'appareil. Et il n'y a pas de intégré calibrateur, qui permet de configurer l'oscilloscope et de le préparer au fonctionnement.

Le signal étudié est appliqué à l'entrée " Oui" canal de déviation verticale et va à l'atténuateur, qui est un interrupteur multi-positions qui régule la sensibilité. Son échelle est calibrée en V/cm ou V/division. Il s'agit d'une division de la grille de coordonnées appliquée à l'écran CRT. Les valeurs elles-mêmes y sont également inscrites : 0, 1 V, 10 V, 100 V. Si l'amplitude du signal étudié est inconnue, on fixe la sensibilité minimale, par exemple 100 volts par division puis même un signal. avec une amplitude de 300 volts n'endommagera pas l'appareil.

Tout oscilloscope comprend des diviseurs 1:10 et 1:100 ; il s'agit de fixations cylindriques ou rectangulaires avec des connecteurs des deux côtés. Remplit les mêmes fonctions qu'un atténuateur. De plus, lorsqu'on travaille avec des impulsions courtes, ils compensent la capacité du câble coaxial. Voici à quoi ressemble le diviseur externe de l'oscilloscope S1-94. Comme vous pouvez le constater, son rapport de division est de 1:10.

Grâce au diviseur externe, il est possible d'étendre les capacités de l'appareil, car lors de son utilisation, il devient recherche possible signaux électriques d'une amplitude de plusieurs centaines de volts.

De la sortie du diviseur d'entrée, le signal va à préamplificateur. Ici, il bifurque et entre ligne à retard et au commutateur de synchronisation. La ligne à retard est conçue pour compenser le temps de réponse du générateur de balayage avec l'arrivée du signal étudié à l'amplificateur à déflexion verticale. L'amplificateur final génère la tension fournie aux plaques" Oui" et assure la déviation verticale du faisceau.

Générateur de scan génère une tension en dents de scie, qui est appliquée à l'amplificateur de déflexion horizontale et aux plaques " X" CRT et assure la déviation horizontale du faisceau. Il dispose d'un interrupteur gradué en temps par division ("Time/div") et d'une échelle de temps de balayage en secondes (s), millisecondes (ms) et microsecondes (μs).

Le dispositif de synchronisation garantit que le générateur de balayage démarre simultanément à l'apparition du signal au point de départ de l'écran. En conséquence, sur l'écran de l'oscilloscope, nous voyons une image du pouls déployé dans le temps. L'interrupteur temporisé a les positions suivantes :

Synchronisation à partir du signal étudié.

Synchronisation depuis le réseau.

Synchronisation depuis une source externe.

La première option est la plus pratique et la plus souvent utilisée.

Oscilloscope S1-94.

En plus des modèles d'oscilloscopes complexes et coûteux utilisés dans le développement d'équipements électroniques, notre industrie a lancé la production d'un oscilloscope de petite taille C1-94 spécifiquement destiné aux radioamateurs. Malgré son faible coût, il a fait ses preuves et possède toutes les fonctions d'un appareil coûteux et sérieux.

Contrairement à ses homologues plus sophistiqués, l’oscilloscope S1-94 est assez petit et facile à utiliser. Regardons ses contrôles. Voici la face avant de l'oscilloscope S1-94.

À droite de l'écran de haut en bas.

Bouton : « Focus ».

Bouton "Luminosité".

Ces commandes peuvent être utilisées pour ajuster la focalisation du faisceau sur l'écran, ainsi que sa luminosité. Afin de prolonger la durée de vie du CRT, il est conseillé de régler la luminosité au minimum, mais de manière à ce que les lectures soient clairement visibles.

• Filet" Bouton d'alimentation de l'appareil.

  



Bouton de mode " Jdushch-Aut».



Il s'agit d'un bouton permettant de sélectionner les modes de veille et de balayage automatique. En fonctionnement en mode veille, le balayage est déclenché et synchronisé par le signal étudié. En mode automatique, le balayage démarre sans signal. Pour étudier un signal, le mode veille pour lancer un scan est souvent utilisé.

Ce bouton sélectionne la polarité de l'impulsion de déclenchement. Vous pouvez choisir de déclencher à partir d'une impulsion de polarité positive ou négative.



Bouton de synchronisation " Interne externe».



Généralement, une horloge interne est utilisée, car l'utilisation d'un signal d'horloge externe nécessite une source distincte de ce signal externe. Il est clair que dans la grande majorité des cas, cela n'est pas nécessaire dans un atelier à domicile. L'entrée d'horloge externe sur le panneau avant de l'oscilloscope ressemble à ceci.

Bouton de sélection de l'entrée « Ouvert » et « Fermé ».



Tout est clair ici. Si vous avez l'intention d'étudier un signal à composante constante, sélectionnez alors « Variable et constante ». Ce mode est appelé « Ouvert », puisqu'un signal contenant une composante constante ou des basses fréquences dans son spectre est fourni au canal de déviation verticale.

Dans le même temps, il convient de considérer que lorsque le signal est affiché sur l'écran, il augmentera, puisque le niveau de la composante constante s'ajoutera à l'amplitude de la composante variable. Dans la plupart des cas il est préférable de choisir une entrée « fermée » ( ~ ). Dans ce cas, la composante constante du signal électrique sera coupée et ne sera pas affichée à l'écran.

La borne « boîtier » sert à mettre à la terre le corps de l'appareil. Ceci est fait pour des raisons de sécurité. Dans un atelier à domicile, il n'est parfois pas possible de mettre à la terre le corps de l'appareil. Par conséquent, vous devez travailler sans mise à la terre. Il est important de se rappeler que lorsque l'oscilloscope est allumé, il peut y avoir un potentiel de tension sur le corps. Lorsque vous touchez le corps, il peut avoir des « secousses ». Il est particulièrement dangereux de toucher le corps de l'oscilloscope d'une main et les radiateurs ou autres appareils électriques en fonctionnement de l'autre main. Dans ce cas, le potentiel dangereux du corps traversera votre corps (« bras » - « main ») et vous recevrez un choc électrique ! Par conséquent, lors de l'utilisation de l'oscilloscope sans mise à la terre, il est conseillé de ne pas toucher le métal parties du corps. Cette règle s’applique également aux autres appareils électriques dotés d’un corps métallique.

Au centre du panneau avant se trouve un interrupteur « sweep » - Temps/div. C'est cet interrupteur qui contrôle le fonctionnement du générateur de scan.



Juste en dessous se trouve le commutateur du diviseur d'entrée (atténuateur) - V/div. Comme déjà mentionné, lors de l'étude d'un signal d'amplitude inconnue, il est nécessaire de définir la valeur maximale possible de V/div. Ainsi, pour l'oscilloscope S1-94, vous devez régler le commutateur sur la position 5 ( 5V/div.). Dans ce cas, une cellule sur la grille de l'écran sera égale à 5 volts. Si vous connectez un diviseur avec un rapport de division de 1 à 10 (1 : 10) à l'entrée « Y » de l'oscilloscope, alors une cellule sera égale à 50 volts (5 V/div * 10 = 50 V/div).

Sur le panneau de l'oscilloscope figurent également :

Actuellement, avec le développement de la technologie numérique, les oscilloscopes numériques sont devenus largement utilisés. Il s’agit essentiellement d’un hybride de technologie analogique et numérique. L'attitude à leur égard est ambiguë, comme un hachoir à viande avec un processeur ou un moulin à café avec un écran.

Les équipements analogiques ont toujours été fiables et faciles à utiliser. De plus, il était facile à réparer. Un oscilloscope numérique coûte un ordre de grandeur plus élevé et est très difficile à réparer. Bien entendu, les avantages sont nombreux. Si un signal analogique est converti sous forme numérique à l’aide d’un CAN (convertisseur analogique-numérique), vous pouvez en faire n’importe quoi. Il peut être enregistré en mémoire et affiché à tout moment pour comparaison avec un autre signal, ajouté en phase et en antiphase avec d'autres signaux. Bien sûr, la technologie analogique est une bonne chose, mais l’électronique numérique est l’avenir.

L'article décrira en détail comment utiliser un oscilloscope, de quoi il s'agit et à quelles fins il est nécessaire. Aucun laboratoire ne peut exister sans équipements de mesure ni sources de signaux, de tensions et de courants. Et si vous envisagez de concevoir et de créer divers appareils(surtout si nous parlons d'équipements haute fréquence, par exemple des alimentations à onduleur), alors faire quoi que ce soit sans oscilloscope sera problématique.

Qu'est-ce qu'un oscilloscope

Il s'agit d'un appareil qui permet de « voir » la tension, ou plus précisément son forme sur une certaine période de temps. Avec son aide, vous pouvez mesurer de nombreux paramètres - tension, fréquence, courant, angles de phase. Mais ce qui est particulièrement intéressant avec cet appareil, c'est qu'il permet d'évaluer visuellement la forme du signal. En effet, dans la plupart des cas, c'est elle qui parle de ce qui se passe exactement dans le circuit dans lequel la mesure est effectuée.

Dans certains cas, par exemple, la tension peut contenir non seulement une composante constante, mais également une composante alternative. Et la forme de la seconde est peut-être loin d’être une sinusoïde idéale. Les voltmètres, par exemple, perçoivent un tel signal avec de grandes erreurs. Les instruments à aiguilles donneront une valeur, les numériques - beaucoup moins, et les voltmètres courant continu c - plusieurs fois plus. La mesure la plus précise peut être effectuée à l'aide de l'appareil décrit dans l'article. Et peu importe que l'oscilloscope H3013 soit utilisé (comment l'utiliser est expliqué ci-dessous) ou un autre modèle. Les mesures sont les mêmes.

Caractéristiques de l'appareil

C'est assez simple à mettre en œuvre : vous devez connecter un condensateur à l'entrée de l'amplificateur. Dans ce cas, l'entrée est fermée. Veuillez noter que dans ce mode de mesure, les signaux basse fréquence d'une fréquence inférieure à 5 Hz sont atténués. Par conséquent, ils ne peuvent être mesurés qu’en mode d’entrée ouvert.

Lorsque le commutateur est réglé en position médiane, l'amplificateur est déconnecté du connecteur d'entrée et un court-circuit se produit dans le boîtier. Grâce à cela, il est possible d'installer un balayage. Puisqu'il est impossible d'utiliser l'oscilloscope S1-49 et ses analogues sans connaître les commandes de base, il vaut la peine d'en parler plus en détail.

Entrée de canal d'oscilloscope

Sur le panneau avant se trouve une échelle dans le plan vertical - elle est déterminée à l'aide du régulateur de sensibilité du canal le long duquel la mesure est effectuée. Il est possible de changer l'échelle non pas en douceur, mais par étapes, à l'aide d'un interrupteur. Quelles valeurs peuvent être définies en l'utilisant, regardez le boîtier à côté. Sur le même axe que cet interrupteur se trouve un régulateur pour un réglage en douceur (voici comment utiliser l'oscilloscope S1-73 et les modèles similaires).

Sur le panneau avant, vous trouverez une poignée avec une flèche à deux pointes. Si vous le faites pivoter, la carte de cette chaîne commencera à se déplacer dans le plan vertical (vers le bas et vers le haut). Veuillez noter qu'à proximité de cette poignée il y a désignation graphique, qui indique dans quelle direction il doit être tourné pour modifier la valeur du multiplicateur dans une direction plus petite ou plus grande. les deux canaux sont identiques. De plus, sur le panneau avant se trouvent des boutons permettant de régler le contraste, la luminosité et la synchronisation. Il convient de noter qu'un oscilloscope numérique de poche (nous discutons de la façon d'utiliser l'appareil) dispose également d'un certain nombre de paramètres pour afficher des graphiques.

Comment sont prises les mesures ?

Nous continuons à décrire comment utiliser un oscilloscope numérique ou analogique. Il est important de noter qu’ils ont tous un défaut. Une caractéristique à noter est que toutes les mesures sont effectuées visuellement, il existe donc un risque que l'erreur soit élevée. Vous devez également tenir compte du fait que les tensions de balayage ont une linéarité extrêmement faible, ce qui entraîne un décalage de phase ou de fréquence d'environ 5 %. Pour minimiser ces erreurs, une condition simple doit être remplie : le graphique doit occuper environ 90 % de la surface de l’écran. Lors de la mesure de la fréquence et de la tension (il existe un intervalle de temps), les commandes de réglage du gain du signal d'entrée et de la vitesse de balayage doivent être réglées sur les positions extrêmes à droite. Il convient de noter une caractéristique : puisque même un débutant peut utiliser un oscilloscope numérique, les appareils équipés d'un tube cathodique ont perdu de leur pertinence.

Comment mesurer la tension

Pour mesurer la tension, vous devez utiliser les valeurs d'échelle dans le plan vertical. Pour commencer, vous devez effectuer l'une de ces étapes :

1. Connectez les deux bornes d'entrée de l'oscilloscope l'une à l'autre.
2. Déplacez le commutateur de mode d'entrée sur la position qui correspond à la connexion avec fil commun. Utilisez ensuite le régulateur à côté duquel se trouve une flèche bidirectionnelle pour vous assurer que la ligne de balayage coïncide avec la ligne centrale (horizontale) de l'écran.

Mettez l'appareil en mode mesure et appliquez le signal à l'entrée qui doit être examinée. Dans ce cas, le commutateur de mode est réglé sur n'importe quelle position de travail. Mais comment utiliser un oscilloscope numérique portable ? C'est un peu plus compliqué - ces appareils ont beaucoup plus de réglages.

En conséquence, vous pouvez voir un graphique à l’écran. Pour mesurer avec précision la hauteur, utilisez un stylo avec une flèche horizontale à deux pointes. Assurez-vous que le point supérieur du graphique tombe sur celui situé au centre. Il y a une graduation dessus, il sera donc beaucoup plus facile de calculer la tension effective dans le circuit.

Comment mesurer la fréquence

À l'aide d'un oscilloscope, vous pouvez mesurer des intervalles de temps, en particulier la période du signal. Vous comprenez que la fréquence de tout signal est toujours proportionnelle à la période. Les mesures de période peuvent être effectuées dans n'importe quelle zone de l'oscillogramme. Mais il est plus pratique et plus précis de mesurer aux points où le graphique coupe l'axe horizontal. Par conséquent, avant de commencer les mesures, assurez-vous de régler le scan exactement sur une ligne horizontale située au centre. L'utilisation d'un oscilloscope numérique portable étant beaucoup plus simple que celle d'un oscilloscope analogique, ces derniers sont depuis longtemps tombés dans l'oubli et sont rarement utilisés pour les mesures.

Ensuite, à l'aide de la poignée indiquée par la flèche horizontale à deux pointes, vous devez décaler le début de la période avec la ligne la plus à gauche de l'écran. Après avoir calculé la période du signal, vous pouvez utiliser une formule simple pour calculer la fréquence. Pour ce faire, vous devez diviser l'unité par la période précédemment calculée. La précision des mesures varie. Pour l'augmenter, vous devez étirer le graphique autant que possible horizontalement.

Faites attention à une régularité : à mesure que la période augmente, la fréquence diminue (la proportion est inverse). Et vice versa : à mesure que la période diminue, la fréquence augmente. Une faible marge d’erreur est lorsqu’elle est inférieure à 1 pour cent. Mais tous les oscilloscopes ne peuvent pas offrir une telle précision. Ce n'est qu'avec les appareils numériques, dans lesquels le balayage est linéaire, que des mesures aussi précises peuvent être obtenues.

Comment le déphasage est-il déterminé ?

Et maintenant, comment utiliser l'oscilloscope S1-112A pour mesurer le déphasage. Mais d’abord, une définition. Le déphasage est une caractéristique montrant comment deux processus (oscillatoires) se situent l'un par rapport à l'autre sur une période de temps. De plus, la mesure ne s’effectue pas en secondes, mais en parties de période. En d’autres termes, l’unité de mesure est l’unité d’angle. Si les signaux sont également positionnés les uns par rapport aux autres, alors leur déphasage sera également le même. De plus, cela ne dépend pas de la fréquence et de la période - l'échelle réelle des graphiques sur l'axe horizontal (temps) peut être n'importe quoi.

La précision maximale de la mesure sera obtenue si vous étirez le graphique sur toute la longueur de l'écran. Dans les oscilloscopes analogiques, le graphique du signal de chaque canal aura la même luminosité et la même couleur. Pour distinguer ces graphiques les uns des autres, il faut faire en sorte que chacun ait sa propre amplitude. Et il est important de rendre la tension fournie au premier canal aussi grande que possible. Cela permettra de mieux synchroniser l’image sur l’écran. Voici comment utiliser l'oscilloscope S1-112A. Les autres appareils diffèrent légèrement dans leur fonctionnement.

Objectif du travail : familiarisation avec la conception et le principe de fonctionnement d'un oscilloscope électronique universel, étude de la forme des signaux électriques, ainsi que mesure de leurs caractéristiques d'amplitude et de temps.

Appareils et accessoires : oscilloscope électronique S1-117/1, générateur de signaux basse fréquence G3-112/1, câbles et fils de connexion.

1. Conception et principe de fonctionnement d'un oscilloscope électronique

Un oscilloscope électronique est un instrument moderne conçu pour étudier des processus électriques à variation rapide. L'oscilloscope a une sensibilité élevée, comparativement grande précision mesures et est un appareil presque sans inertie.

Principaux composants (blocs) d'un oscilloscope électronique :

Tube à rayons cathodiques

amplificateurs de déflexion de faisceau vertical et horizontal

scanner

bloc de synchronisation

Unité de puissance

1. Tube à rayons cathodiques.

Les tubes cathodiques sont divisés en deux types - avec contrôle électrostatique et électromagnétique du faisceau d'électrons. Dans le premier cas, le faisceau électronique est contrôlé par un champ électrique, dans le second par un champ magnétique. Ci-dessous, nous discutons de la conception et du principe de fonctionnement d’un tube cathodique à commande électrostatique.

Un tube cathodique (Fig. 1) est un ballon de verre sous vide avec une pression d'environ 10 -6 mm Hg, à l'intérieur duquel se trouvent un canon à électrons, des plaques de déflexion et un écran.

Riz. 1. Tube cathodique

Un canon à électrons est conçu pour recevoir et focaliser un faisceau d'électrons sur un écran. Il se compose d'une cathode (2), d'un filament (1), d'une électrode de commande – grille (3) et de deux anodes (4,5). L'électrode de commande est conçue pour ajuster la luminosité (intensité) du faisceau d'électrons. Les anodes sont utilisées pour focaliser et accélérer le faisceau d'électrons.

Les électrons émis par la cathode chauffée en raison de l'émission thermoionique sont accélérés par le champ électrique créé par le système anodique. La première anode (4) est cylindrique avec deux ou trois diaphragmes, qui servent à piéger les électrons qui ne satisfont pas à la condition de focalisation. La deuxième anode (5) est également cylindrique, mais de plus grand diamètre. Les deux anodes ont des potentiels positifs par rapport à la cathode, le potentiel de la première anode U a 1 1 kV, potentiel de la deuxième anode U un 2 4 kV. Le travail du champ électrique créé par le système anodique va augmenter l'énergie cinétique des électrons dans le faisceau d'électrons :

(1.1)

Sous l'influence du champ électrique des anodes, les électrons développent une vitesse de l'ordre de 10 3 -10 4 m/s et atteignent rapidement l'écran. L'écran est recouvert d'un composé luminescent spécial qui brille lorsqu'il est frappé par des électrons. Ainsi, le faisceau d'électrons trace une trace visible à l'œil nu sur l'écran de l'oscilloscope.

L'électrode de grille de commande (3), réalisée sous la forme d'un cylindre percé d'un trou, présente un potentiel négatif par rapport à la cathode. Le champ de cette électrode comprime le faisceau d'électrons, le déviant vers l'axe du tube. À mesure que le potentiel négatif de l’électrode de commande augmente, certains électrons s’écarteront si fortement de l’axe du faisceau qu’ils ne traverseront pas son trou. Dans ce cas, l'intensité du faisceau d'électrons et, par conséquent, la luminosité du faisceau sur l'écran de l'oscilloscope diminuent.

Le faisceau d'électrons peut être dirigé vers n'importe quel point de l'écran (8) à l'aide de deux paires de plaques de commande (6) et (7), auxquelles est appliquée la tension appropriée. Sous l'influence du champ électrique des plaques déflectrices, le faisceau d'électrons se déplace dans le sens horizontal ou vertical. La faible masse des électrons garantit une faible inertie du faisceau d'électrons, de sorte que le faisceau d'électrons réagit presque instantanément aux changements de tension sur les plaques de déflexion.

Plus de détails sur le principe de focalisation du faisceau électronique et l'effet des plaques de déflexion sur le faisceau électronique peuvent être trouvés dans les annexes 1 et 2.

Pour tout accordeur électronique professionnel ou ingénieur électronicien, le principal outil de travail est un oscilloscope. Vous ne pouvez pas vous en passer lors de l’installation d’un téléviseur ou d’un émetteur. Les oscilloscopes sont utilisés pour surveiller et surveiller les signaux périodiques Formes variées, y compris sinusoïdale. Grâce à son large intervalle de balayage, il permet de balayer l'impulsion même pour surveiller des périodes de temps de l'ordre de la nanoseconde. Un oscilloscope est similaire au fonctionnement d’un téléviseur : il affiche des signaux électriques.

Dispositif et principe de fonctionnement

Pour mieux comprendre le fonctionnement de l'appareil, nous analyserons le schéma fonctionnel d'un oscilloscope typique, car tous leurs types principaux ont un appareil similaire.

Ce schéma ne montre pas les alimentations : une unité basse tension qui fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement des nœuds et une source haute tension utilisée pour générer la haute tension arrivant au tube cathodique. De plus, le schéma n'inclut pas de calibrateur pour configurer et préparer l'appareil au fonctionnement.

Le signal testé est envoyé au canal de déviation verticale « Y », puis à un atténuateur réalisé sous la forme d'un interrupteur multi-positions qui ajuste la sensibilité de l'oscilloscope. Son échelle est indiquée en volts par centimètre ou en volts par division. Cela représente une division de grille sur l’écran du tube à rayons. Les quantités elles-mêmes y sont également indiquées. Si l'amplitude du signal est inconnue, la sensibilité la plus basse est définie. Dans ce cas, même un signal important de 300 V n'endommagera pas l'appareil.

Habituellement inclus avec l'oscilloscope est diviseurs, sous forme d'accessoires spéciaux avec connecteurs. Ils fonctionnent de la même manière qu'un atténuateur. Ces accessoires compensent la capacité du câble lorsque vous travaillez avec de petites impulsions. La photo montre le séparateur. Le rapport de division est de 1:10.

À l'aide d'un diviseur, les capacités de l'appareil sont étendues ; des signaux de plusieurs centaines de volts peuvent être examinés. Après le diviseur, le signal passe à préamplificateur , bifurque et arrive au commutateur de synchronisation et ligne à retard , qui sert à compenser le temps de réponse du générateur de balayage. L'amplificateur final crée une tension appliquée aux plaques « Y » et dévie le faisceau dans le plan vertical.

Générateur de scan crée une tension en dents de scie appliquée aux plaques « X » et à l'amplificateur horizontal, tandis que le faisceau est dévié dans le plan horizontal.

Appareil synchronisation crée des conditions pour que le générateur de balayage fonctionne en même temps que le signal apparaît. En conséquence, une image de l'impulsion s'affiche sur l'écran de l'oscilloscope.

Le commutateur de synchronisation fonctionne dans les positions de synchronisation suivantes :

• Le signal étudié.
• Réseaux.
• Source externe.

La première position est utilisée plus souvent car elle est plus pratique.

Classification

Les oscilloscopes sont un type courant d'instrument de mesure. Il existe plusieurs types d’oscilloscopes avec des caractéristiques, une conception et un fonctionnement différents.

Oscilloscopes analogiques

De tels oscilloscopes sont des modèles classiques de ce type d'instruments de mesure. Tous les oscilloscopes analogiques ont un diviseur, un amplificateur vertical, un déclencheur et un rejet, une alimentation et un tube de faisceau.

De tels tubes ont une gamme de fréquences plus large. La déviation du faisceau sur l'écran dépend directement de la tension des plaques. Le balayage horizontal fonctionne selon une dépendance linéaire de la tension des plaques horizontales.

La limite de fréquence inférieure est de 10 hertz. La limite supérieure est déterminée par la capacité des plaques et de l'amplificateur. Aujourd’hui, les appareils analogiques sont remplacés par des appareils numériques présentant leurs propres avantages. Mais les appareils analogiques ne disparaissent pas encore en raison de leur faible coût.

Stockage numérique

Si l’on compare les appareils numériques aux appareils analogiques, ils ont plus de capacités. Leur coût diminue progressivement. Un oscilloscope numérique comprend un diviseur, un amplificateur, un convertisseur de signal analogique, une mémoire, une unité de commande et une sortie vers un panneau LCD.

Le principe de fonctionnement de ce type d’oscilloscope leur confère de grandes capacités. Le signal analogique entrant est modifié sous forme numérique et stocké. La vitesse de stockage est déterminée par le dispositif de contrôle. Sa limite supérieure est définie par la vitesse du convertisseur et la limite inférieure n'a aucune restriction.

La conversion du signal en code numérique permet d'augmenter la stabilité de l'affichage, de sauvegarder les données en mémoire et de faciliter l'étirement et la mise à l'échelle. L'utilisation d'un écran au lieu d'un tube électronique vous permet d'afficher toutes les données et de contrôler l'appareil. Les appareils coûteux sont équipés d'un écran couleur, qui vous permet de distinguer les signaux des autres canaux, les curseurs et de mettre en évidence différents endroits en couleur.

Les paramètres des oscilloscopes numériques sont bien supérieurs à ceux des modèles analogiques et l'étendue du signal se situe dans de larges limites. Sauf circuits simples Lors de l'activation de la synchronisation, la synchronisation peut être utilisée pour certains événements ou paramètres de signal. La synchronisation est visible immédiatement avant la mise en marche du balayage.

Les processeurs de signal utilisés permettent de traiter le spectre du signal par analyse par transformée de Fourier. Les informations sous forme numérique vous permettent de sauvegarder l'écran avec les résultats de mesure dans la mémoire, ainsi que de l'imprimer sur une imprimante. De nombreux appareils sont équipés de périphériques de stockage pour enregistrer des images dans une archive et les traiter ultérieurement.

Phosphores numériques

Ce type d'oscilloscope fonctionne sur une nouvelle structure de conception basée sur un phosphore numérique. Il simule, de manière similaire aux appareils analogiques, le changement d'image sur l'écran. Les oscilloscopes numériques au phosphore permettent d'observer sur l'écran tous les détails des signaux modulés, tout comme les types analogiques. Cela garantit leur analyse et leur stockage en mémoire.

Les appareils Phosphor, comme le modèle précédent considéré, disposent de leur propre mémoire pour stocker diverses informations, y compris la différence de délai entre les différentes sondes. La capacité des oscilloscopes à phosphore à produire des données avec une intensité variable simplifie grandement la recherche de défauts dans blocs d'impulsions. Ceci s'exprime lors du calcul de la profondeur de modulation du signal lors du réglage de la tension de sortie, conduisant à un fonctionnement instable des blocs.

Les oscilloscopes numériques au phosphore combinent les avantages des appareils numériques et analogiques et les surpassent à bien des égards. Les appareils au phosphore présentent tous les avantages des oscilloscopes à stockage, offrant les capacités des appareils analogiques : réponse rapide aux changements de signal et affichage avec une luminosité différente.

Stroboscope numérique

Ce type d'oscilloscope utilise l'effet de déclenchement séquentiel du signal. Lorsque le signal est répété, la valeur instantanée à un certain point est sélectionnée. Lorsqu'un nouveau signal arrive, le point de sélection se déplace le long du signal. Cela continue jusqu'à ce que le signal soit complètement bloqué. Le signal ainsi modifié sous la forme d'une ligne d'enveloppe de valeurs instantanées du signal d'entrée répète la forme du signal.

Durée du signal modifié pour beaucoup durée plus longue signal testé, ce qui signifie que le spectre est compressé. Cela correspond à une augmentation de la bande passante. Les oscilloscopes stroboscopiques ont de grandes bandes passantes et permettent d'étudier les signaux périodiques de durée la plus courte. Le coût des oscilloscopes stroboscopiques est très élevé, ils sont donc le plus souvent utilisés pour des tâches complexes.

Oscilloscopes virtuels

Le nouveau type de périphériques peut être un périphérique séparé avec un port parallèle pour la sortie ou l'entrée d'informations, ainsi qu'un port USB, ainsi qu'un périphérique auxiliaire intégré basé sur des cartes ISA. Le shell logiciel des oscilloscopes virtuels permet de contrôler entièrement l'appareil, et dispose de plusieurs capacités de service : importation et exportation d'informations, filtrage numérique, mesures diverses, traitement de l'information mathématiquement etc.

Oscilloscopes utilisant ordinateur personnel peut être utilisé pour de larges possibilités de mesure. Par exemple, pour la maintenance et le développement d'équipements radio et électroniques, dans les télécommunications, dans la fabrication d'équipements informatisés, lors de la réalisation de mesures de diagnostic sur les véhicules dans les gares. Entretien et pour de nombreux autres cas où l'évaluation et le test des transitoires sont nécessaires.

Les modèles d'oscilloscopes virtuels constituent une bonne alternative aux oscilloscopes à stockage numérique standard, car ils présentent les avantages d'un faible coût, d'une facilité d'utilisation, d'une taille compacte et de hautes performances. Les inconvénients des oscilloscopes virtuels incluent l'incapacité de mesurer et d'afficher des valeurs de signal constantes.

Oscilloscopes portables

Les technologies numériques se développent rapidement, ce qui entraîne la transformation des instruments numériques fixes en des appareils portables Avec bons paramètres dimensions et poids globaux, ainsi qu'une faible consommation d'énergie électrique.

Parallèlement, les oscilloscopes portables alimentés par un recherche scientifique, production industrielle.