Oscilloscope : Instrument de mesure qui affiche la forme d'onde d'un signal électrique en fonction du temps.
- Brancher la sonde sur le canal approprié
- Régler le calibre vertical (volts/div)
- Régler le calibre horizontal (s/div)
- Stabiliser la forme d'onde avec le déclenchement
- Lire les valeurs sur l'écran
Connecter la sonde au canal 1 de l'oscilloscope :
- Pinces鳄codile à la masse (commun)
- Bout de la sonde sur le point de mesure
- Vérifier que la sonde est en mode ×1 ou ×10
Adapter l'échelle pour que le signal occupe environ 6 divisions :
- Si le signal est trop grand : augmenter le calibre (ex: 1V/div → 2V/div)
- Si le signal est trop petit : diminuer le calibre (ex: 1V/div → 0.5V/div)
Permettre de voir au moins un cycle complet :
- Pour un signal à 1kHz : calibre de 0.1ms/div ou 0.2ms/div
- Pour un signal à 100Hz : calibre de 1ms/div ou 2ms/div
Calculer la valeur crête-à-crête :
- Compter le nombre de divisions verticales entre les pics
- Multiplier par le calibre vertical
- Exemple : 4 divisions × 0.5V/div = 2Vpp
Déterminer la durée d'un cycle complet :
- Compter le nombre de divisions horizontales pour un cycle
- Multiplier par le calibre horizontal
- Exemple : 5 divisions × 0.2ms/div = 1ms
Amplitude mesurée = 2Vpp, Période = 1ms, Fréquence = 1kHz
• Calibrage : Toujours vérifier que la sonde est correctement calibrée
• Échelle : Adapter les échelles pour une lecture précise
• Déclenchement : Stabiliser la forme d'onde pour une mesure fiable
Filtre RC passe-bas : Circuit constitué d'une résistance et d'un condensateur en série, laissant passer les basses fréquences.
Le filtre RC passe-bas fonctionne par diviseur de tension complexe :
- À basse fréquence : \(X_C >> R\), donc \(V_{out} \approx V_{in}\)
- À haute fréquence : \(X_C << R\), donc \(V_{out} << V_{in}\)
- Au point de coupure : \(X_C = R\), donc \(V_{out} = \frac{V_{in}}{\sqrt{2}}\)
Calcul à partir des composants :
- \(f_c = \frac{1}{2\pi RC}\)
- Où R est en ohms, C en farads, fc en hertz
Soit fc = 1kHz et R = 10kΩ :
- \(C = \frac{1}{2\pi \cdot f_c \cdot R} = \frac{1}{2\pi \cdot 1000 \cdot 10000}\)
- \(C = \frac{1}{62831853} = 1.59 \times 10^{-8} F = 15.9 nF\)
Sélectionner des valeurs commerciales proches :
- Condensateur de 15nF ou 18nF (valeurs disponibles)
- Vérifier la tolérance des composants (±5%, ±10%)
- Prendre en compte les caractéristiques parasites
Calculer les paramètres critiques :
- Atténuation à fc : -3dB
- Pente de coupure : -20dB/décade
- Phase à fc : -45°
Pour un filtre RC passe-bas à 1kHz : R = 10kΩ et C = 15.9nF (valeur commerciale : 15nF ou 18nF)
• Impédance : Le condensateur a une impédance dépendant de la fréquence
• Calcul : Toujours utiliser la formule exacte pour la fréquence de coupure
• Valeurs réelles : Tenir compte des tolérances des composants
Réponse fréquentielle : Caractéristique du gain et de la phase d'un filtre en fonction de la fréquence.
Configurer le générateur et l'oscilloscope :
- Générateur BF (GBF) en entrée du filtre
- Canal 1 de l'oscilloscope sur l'entrée
- Canal 2 de l'oscilloscope sur la sortie
- Fixer l'amplitude d'entrée constante (ex: 1Vpp)
Calculer le gain pour différentes fréquences :
- \(G = \frac{V_{out}}{V_{in}}\) pour chaque fréquence
- \(G_{dB} = 20 \log_{10} \left( \frac{V_{out}}{V_{in}} \right)\)
- Exemple : Vin = 1V, Vout = 0.707V → G = -3dB
Comparer les déphasages entre les signaux :
- Utiliser la fonction DELAY de l'oscilloscope
- Mesurer le décalage temporel Δt entre les signaux
- Calculer la phase : \(\phi = \frac{\Delta t}{T} \times 360°\)
Représentation graphique des résultats :
- Axe des abscisses : échelle logarithmique en fréquence
- Axe des ordonnées (gain) : échelle linéaire en dB
- Axe des ordonnées (phase) : échelle linéaire en degrés
Comparer avec la théorie :
- Fréquence de coupure : point à -3dB
- Pente : -20dB/décade au-delà de fc
- Phase : -45° à fc, tend vers -90° à haute fréquence
La réponse fréquentielle d'un filtre RC passe-bas montre une coupure à -3dB à fc = 1/(2πRC).
• Fréquence de coupure : Point où le gain diminue de 3dB
• Diagramme de Bode : Représentation logarithmique pour visualiser une large gamme de fréquences
• Mesure : Garder l'amplitude d'entrée constante pendant la mesure
Multimètre numérique : Instrument de mesure qui fournit une valeur moyenne ou efficace d'un signal.
Caractéristiques des deux instruments :
- Oscilloscope : Affichage temporel, visualisation de la forme d'onde
- Multimètre : Valeur numérique, moyenne ou efficace
- Bande passante : Oscilloscope > Multimètre
Comparaison des résultats pour un signal 5Vpp, 1kHz :
- Oscilloscope : Affiche 5Vpp, 1ms de période
- Multimètre DC : Affiche 0V (valeur moyenne d'un sinusoïde)
- Multimètre AC : Affiche 1.77V (valeur RMS = 5Vpp/2√2)
Comparaison pour un signal 0-5V, 50% duty cycle :
- Oscilloscope : Affiche 5V d'amplitude, 2.5V de valeur moyenne
- Multimètre DC : Affiche 2.5V (valeur moyenne)
- Multimètre AC : Affiche 2.5V (valeur RMS pour 50% duty cycle)
Contraintes de mesure :
- Bande passante limitée : Typiquement 10-20kHz
- Forme d'onde : Précision réduite pour formes non sinusoïdales
- Fréquence : Difficulté à mesurer les signaux très rapides
Selon l'application :
- Oscilloscope : Analyse temporelle, forme d'onde, transitoires
- Multimètre : Mesures précises de valeurs continues ou efficaces
- Les deux : Pour une analyse complète du signal
Le multimètre donne des valeurs moyennes ou efficaces, l'oscilloscope visualise la forme temporelle du signal.
• Complémentarité : Les deux instruments se complètent dans l'analyse
• Précision : Le multimètre est souvent plus précis pour les mesures continues
• Forme d'onde : L'oscilloscope est indispensable pour les signaux complexes
Atténuation : Réduction du niveau d'un signal lors de son passage à travers un circuit.
Le filtre RC modifie l'amplitude du signal en fonction de la fréquence :
- Basses fréquences (f << fc) : \(H(f) \approx 1\), pas d'atténuation
- Hautes fréquences (f >> fc) : \(H(f) \approx \frac{f_c}{f}\), atténuation importante
- Fréquence de coupure (f = fc) : \(H(f) = \frac{1}{\sqrt{2}}\), -3dB
Soit un filtre RC avec fc = 1kHz et f = 10kHz :
- \(H(f) = \frac{1}{\sqrt{1 + (10000/1000)^2}} = \frac{1}{\sqrt{1 + 100}} = \frac{1}{\sqrt{101}}\)
- \(H(f) = \frac{1}{10.05} = 0.0995\)
Conversion du gain en décibels :
- \(A_{dB} = 20 \log_{10}(0.0995) = 20 \times (-1.002) = -20.04 dB\)
- L'atténuation est de 20.04 dB
Si l'entrée est de 1V efficace :
- \(V_{out} = V_{in} \times H(f) = 1V \times 0.0995 = 0.0995V\)
- Soit environ 100mV efficace en sortie
Différents scénarios d'atténuation :
- f = 0.1fc → Gain ≈ 1 (0dB), pas d'atténuation
- f = fc → Gain = 1/√2 (-3dB), atténuation modérée
- f = 10fc → Gain ≈ 0.1 (-20dB), forte atténuation
- f = 100fc → Gain ≈ 0.01 (-40dB), très forte atténuation
Pour un filtre RC à 1kHz avec un signal d'entrée à 10kHz, l'atténuation est de 20dB et la tension de sortie est de 0.1V.
• Logarithmique : L'atténuation en dB est une échelle logarithmique
• Pente : Pour un filtre du premier ordre, -20dB/décade au-delà de fc
• Application : Utilisé pour isoler des bandes de fréquence ou réduire le bruit
- Oscilloscope : Visualisation temporelle, mesures de forme d'onde
- Multimètre : Mesures de valeurs continues ou efficaces
- Fréquencemètre : Mesure précise de la fréquence
- Analyseur de spectre : Analyse fréquentielle
- Montage en pont : Mesures précises de composants
- La fréquence de coupure d'un filtre RC est \(f_c = \frac{1}{2\pi RC}\)
- L'atténuation d'un filtre du premier ordre est de 20dB/décade
- Le gain à la fréquence de coupure est de -3dB
- Les instruments ont des impédances d'entrée qui peuvent affecter la mesure
- La bande passante de l'instrument doit être supérieure à celle du signal