ABC des oscilloscopes portables : Partie 1, Multimètres et oscilloscopes

07-10-2013 | Oscilloscopes

Les bases de l'oscilloscope et du multimètre, et les domaines d'excellence de chacun de ces appareils, sont traitées dans la première des cinq parties de cette série adaptée du webinaire des ABC des oscilloscopes. Ou, si vous préférez, vous pouvez voir le webinaire complet en trois parties avec audio et animations au centre de formation Fluke.

Mesure des signaux électriques

Les phénomènes électriques peuvent être mesurés dans trois domaines :

Sur le diagramme, l'amplitude est représentée sur l'axe y, la fréquence sur l'axe z et le temps sur l'axe x.
  • L'amplitude (Quelle est sa taille ?)
  • La fréquence (À quelle vitesse change-t-elle ?)
  • Le temps (Pendant combien de temps l'examinez-vous ?)

Différents outils mesurent et affichent différents aspects d'un signal.

  • Un multimètre mesure et affiche avec précision l'amplitude d'un signal.
  • Un analyseur de spectre mesure et affiche l'amplitude d'un signal en fonction de la fréquence.
  • Un oscilloscope mesure l'amplitude d'un signal par rapport au temps.

Dans le monde électrique, de nombreux signaux varient expressément en amplitude au fil du temps (généralement pour contrôler un processus). Dans d'autres situations, l'amplitude d'un signal qui devrait être constante ne l'est pas, et vous devez en découvrir la raison. Dans les deux cas, un oscilloscope est le meilleur choix d'outils, car il peut analyser l'intégrité de l'amplitude d'un signal au fil du temps.

Qu'est-ce qu'un multimètre et comment fonctionne-t-il ?

Un multimètre est un appareil qui affiche avec précision les mesures discrètes en volts, ohms, et ampères.

Pour effectuer des mesures, un multimètre numérique classique utilise une double pente, intégrant un convertisseur analogique-numérique (CAN).

Un CAN fonctionne en appliquant d'abord un signal d'entrée à un circuit de condensateur intégré, tout comme on remplit d'eau un réservoir de stockage. Le signal est appliqué au circuit pendant un laps de temps exact, allant généralement de quelques millisecondes à une seconde.

Ensuite, le circuit de mesure décharge le condensateur jusqu'à ce qu'il atteigne zéro volts tout en mesurant précisément le temps de décharge. Le temps nécessaire à la décharge du condensateur est directement proportionnel au niveau du signal d'entrée, de sorte qu'il peut être utilisé pour mesurer la taille du signal.

Pour reprendre l'analogie du réservoir d'eau, un réservoir d'eau est rempli à un niveau inconnu pendant un intervalle de temps connu et précis, puis le réservoir est vidé. Le temps nécessaire à la vidange du réservoir est directement proportionnel au réservoir et peut être utilisé pour mesurer la quantité d'eau qui se trouvait dans le réservoir.

Qu'est-ce qu'un oscilloscope et comment fonctionne-t-il ?

Un oscilloscope est un appareil qui échantillonne un signal selon son évolution dans le temps et qui représente ce signal sur un écran. L'amplitude d'un signal est représentée sur l'axe vertical de l'écran et le temps est affiché sur l'axe horizontal.

« Une image vaut mieux qu'un long discours. »

Les oscilloscopes numériques modernes peuvent afficher des changements de signaux se produisant au fil du temps, que ce soit pendant de longues heures ou sur un temps aussi court que des milliardièmes de seconde. Les oscilloscopes devant être en mesure de numériser des signaux qui peuvent varier d'une nanoseconde, le convertisseur analogique-numérique dans un oscilloscope doit travailler de façon très différente de ceux présents dans les multimètres.

Pour effectuer des mesures très rapides, de nombreux oscilloscopes ont recours à la technique de mesure des signaux d'entrée avec de multiples comparateurs parallèles. Pour effectuer la mesure, le signal est appliqué à tous les comparateurs en même temps, et chaque comparateur met en parallèle le niveau de signal à une tension de référence unique. Si le signal est égal ou supérieur à la tension de référence du comparateur, le comparateur modifie son bit numérique de 0 à 1, indiquant au microprocesseur la tension du signal à cet instant. L'avantage de cette technique de mesure est la vitesse de conversion ; l'inconvénient est une précision réduite : une mesure de tension de l'oscilloscope ne peut être précise qu'à plus ou moins 1,5 %, alors que l'exactitude d'un multimètre numérique à 3,5 chiffres classique peut avoir une précision d'environ plus ou moins 0,15 %.

Multimètre ou oscilloscope ?

Un multimètre affiche la mesure précise d'une entrée.
Un oscilloscope affiche une représentation graphique de plusieurs mesures d'une entrée suivant ses variations au fil du temps.

Un multimètre classique mesure une entrée cinq à dix fois par seconde et affiche les mesures avec une haute précision. Un oscilloscope classique peut mesurer des entrées de signal des milliards de fois par seconde et peut donc représenter avec précision l'évolution de l'entrée, même sur des périodes de temps extrêmement courtes.

Alors que les multimètres numériques peuvent fournir des mesures très précises et de haute résolution, les oscilloscopes ajoutent une dimension supplémentaire : le temps. Tracer l'amplitude d'une entrée au fil du temps offre de nombreux avantages au moment de l'analyse et du dépannage, y compris des informations sur :

  • L'amplitude : crête à crête, crête, RMS, ou même une amplitude à des points d'intérêt très spécifiques
  • Le temps : fréquence ou période de signal, temps d'un point à l'autre, temps entre deux signaux différents, et diverses autres mesures relatives au temps
  • Forme d'onde : elle vous permet d'inspecter la qualité globale des formes d'onde sinusoïdales, carrées et à impulsion, ou même les formes d'onde les plus complexes, comme les signaux vidéos, les signaux de communication numérique, et bien d'autres
  • Qualité du signal : distorsion ou perturbations dans une forme d'onde du signal

Les parties suivantes de cette série vous donneront plus d'information sur la façon d'analyser des formes d'onde avec un oscilloscope.

Les oscilloscopes Fluke

Les concepts et techniques présentés ici peuvent être explorés avec toute la gamme d'oscilloscopes portables Fluke. Disponibles en bandes passantes de 20 Mhz à 200 MHz, les ScopeMeters Fluke disposent de la performance et des capacités pour s'attaquer à une large variété de mesures, depuis la résolution de problèmes de routine jusqu'aux tâches les plus exigeantes telles que la recherche d'événements aléatoires. Les oscilloscopes Fluke sont spécialement conçus pour fonctionner dans des environnements difficiles : à l'extérieur du laboratoire, loin d'un banc.