nouvelles de l'entreprise Évolution de l'oscilloscope de CRO à DSO dans l'électronique moderne

Dans le vaste monde de l'ingénierie électronique, l'oscilloscope fait office de détective expérimenté, aidant les ingénieurs à découvrir les mystères des circuits et à capturer les variations subtiles du signal. Des laboratoires aux lignes de production, de la recherche scientifique au diagnostic de pannes, les oscilloscopes sont omniprésents. Mais comprenez-vous vraiment comment fonctionne ce « détective » et comment sélectionner le modèle adapté aux différents besoins ? Cet article fournit un examen approfondi des oscilloscopes, des oscilloscopes à rayons cathodiques (CRO) classiques aux oscilloscopes à stockage numérique (DSO) modernes, offrant un aperçu complet de cet outil de mesure électronique essentiel.

L'oscilloscope à rayons cathodiques (CRO) est un instrument de test électronique classique centré autour du tube à rayons cathodiques (CRT). En affichant les formes d'onde de tension au fil du temps sur un écran fluorescent, les CRO aident les ingénieurs à analyser diverses caractéristiques du signal telles que l'amplitude, la fréquence, le temps de montée et la distorsion. Son fonctionnement repose sur la déviation du faisceau d'électrons dans des champs électriques, utilisant le mouvement du faisceau pour représenter les modèles de signaux d'entrée.

Un CRO standard se compose de plusieurs éléments clés :

• Tube cathodique (CRT) :Cœur du CRO, il génère un faisceau d’électrons, l’accélère et le focalise sur l’écran fluorescent. Lorsque le faisceau frappe l’écran, il produit des points lumineux visibles.
• Circuit de puissance :Nécessite des alimentations haute et basse tension. La basse tension chauffe le canon à électrons pour générer le faisceau, tandis que la haute tension l'accélère. Des tensions supplémentaires alimentent d’autres unités de commande.
• Plaques de déflexion :Des plaques horizontales (axe X) et verticales (axe Y) positionnées entre le canon à électrons et l'écran dévient le faisceau en fonction des signaux d'entrée. La déviation horizontale provient généralement d'un générateur de base de temps, créant une tension changeant de manière linéaire pour un balayage uniforme.
• Amplificateur vertical :Amplifie les signaux d'entrée avant de les appliquer aux plaques de déflexion verticales, contrôlant ainsi le mouvement du faisceau verticalement.
• Circuit de déclenchement :Synchronise les déflexions horizontales et verticales pour stabiliser l’affichage de la forme d’onde. Le déclenchement peut être basé sur des signaux d'entrée, des signaux externes ou la fréquence de la ligne électrique.

Le fonctionnement du CRO repose sur le contrôle électrostatique des faisceaux d’électrons. Lorsque les poutres traversent les plaques de déflexion, les forces électrostatiques provoquent des déflexions correspondantes. En manipulant les tensions de déviation, les faisceaux tracent les formes d’onde du signal d’entrée sur l’écran fluorescent.

• CRT :Convertit les signaux électriques en images visuelles.
• Assemblage du pistolet à électrons :Génère et contrôle les faisceaux d'électrons, y compris les composants de chauffage, de cathode, de grille et d'anode.
• Plaques de déflexion :Contrôlez le mouvement du faisceau verticalement et horizontalement.
• Écran fluorescent :Les impacts de faisceaux d'électrons produisent de la lumière visible.
• Boîtier en verre :Maintient les conditions de vide et protège les composants internes.

Ce composant critique émet et concentre des électrons dans un faisceau fin :

• Cathode:Enduit d'oxydes de strontium et de baryum pour une émission électronique efficace à des températures modérées.
• Grille de contrôle :Généralement un cylindre de nickel placé avant la cathode qui régule l'intensité du faisceau en contrôlant le flux d'électrons et en ajustant la luminosité de l'écran.
• Anodes :Incluez des anodes de pré-accélération, d’accélération et de focalisation appliquant des tensions élevées (≈1 500 V pour l’accélération, ≈ 500 V pour la focalisation) pour façonner le faisceau.

La focalisation du faisceau est réalisée par des méthodes électrostatiques ou électromagnétiques, les CRO utilisant généralement la focalisation électrostatique.

Après avoir quitté le canon à électrons, les faisceaux traversent des plaques de déflexion verticales (axe Y) et horizontales (axe X) qui contrôlent indépendamment les mouvements haut-bas et gauche-droite, permettant un positionnement précis de l'écran.

Le panneau avant du CRT présente des surfaces recouvertes de phosphore où les impacts électroniques convertissent l'énergie cinétique en lumière visible par fluorescence.

Cette structure conique scellée sous vide possède des intérieurs recouverts de graphite (aquadag) qui fonctionnent comme des électrodes haute tension connectées à des anodes accélératrices, facilitant la focalisation du faisceau.

Les circuits CRO de base comprennent des systèmes de déviation verticale/horizontale, des circuits de synchronisation, des circuits de modulation d'intensité et des commandes de positionnement/luminosité.

Amplifie les signaux d'entrée via des atténuateurs et des amplificateurs à plusieurs étages pour produire des formes d'onde claires sur les plaques de déflexion verticales.

Semblable aux systèmes verticaux, mais généralement piloté par des tensions de balayage générant des signaux de base de temps pour le mouvement du faisceau horizontal, affichant les changements temporels du signal. Les modes de numérisation incluent :

• Analyse récurrente :Les nouvelles analyses commencent immédiatement après la fin des précédentes.
• Analyse déclenchée :Les circuits inactifs s'activent via des déclencheurs externes.
• Analyse pilotée :Analyses libres déclenchées par les signaux mesurés.
• Numérisation sans dents de scie :Compare les différences de tension ou les fréquences.

Garantissez la synchronisation des signaux de balayage pour des affichages stables à l’aide de signaux internes, de déclencheurs externes ou de fréquences de lignes électriques.

Ajuste l'intensité du faisceau en insérant des signaux entre la cathode et la masse, modifiant ainsi la luminosité de l'écran.

Régule la position de la forme d'onde via des tensions CC appliquées aux plaques de déflexion.

Modifie le potentiel de la grille de contrôle par rapport aux cathodes pour ajuster l'intensité du faisceau et la luminosité de l'écran.

Les CRO remplissent diverses fonctions dans l’électronique :

• Mesure de la tension, du courant, de la fréquence, de l'inductance, de la susceptance, de la résistance et des facteurs de puissance.
• Analyse des caractéristiques des circuits AM/FM.
• Surveillance des propriétés du signal et contrôle des signaux analogiques.
• Observation des formes d'onde et de la bande passante des circuits résonants.
• Visualisation des modèles tension/courant pour la prise de décision.
• Recherche en laboratoire et vérification de la conception des circuits.
• Comparaisons phase/fréquence.
• Analyse de la pression de la télévision, du radar et du moteur.
• Surveillance des réponses neuronales et des battements cardiaques.
• Mesure des courbes BH dans les boucles d'hystérésis.
• Tracer les caractéristiques des transistors.

• Capacité de mesure de tension
• Précision de la mesure du courant
• Fonctionnalité d'inspection de forme d'onde
• Précision de mesure de phase/fréquence

• Coût élevé
• Entretien complexe
• Nécessite un isolement complet
• Encombrant, lourd et gourmand en énergie
• De nombreux terminaux de commande avec des courbes d'apprentissage abruptes

Les progrès technologiques ont fait des oscilloscopes à stockage numérique (DSO) le choix préféré par rapport aux CRO traditionnels. Les DSO offrent une précision supérieure, des fonctionnalités améliorées et un fonctionnement convivial. À l'aide de convertisseurs analogique-numérique (CAN), les DSO numérisent les signaux pour le stockage en mémoire, permettant ainsi la capture, l'affichage et l'analyse de formes d'onde complexes.

Les CRO sont des instruments analogiques utilisant des CRT, tandis que les DSO sont des appareils numériques dotés d'écrans LCD/LED qui convertissent, stockent et analysent les signaux numériquement.

Tenez compte de ces facteurs lors du choix d'un oscilloscope :

• Bande passante :Détermine la fréquence mesurable maximale (généralement ≥5× la fréquence du signal).
• Taux d'échantillonnage :Affecte la capture des détails du signal (des taux plus élevés améliorent la précision).
• Profondeur de la mémoire :Régit la capacité de stockage des formes d’onde (une plus grande profondeur capture des signaux plus longs).
• Déclenchement :Synchronise les analyses avec les signaux (les déclencheurs avancés gèrent les formes d'onde complexes).
• Canaux :Nombre de signaux mesurables simultanés (plusieurs canaux affichent les relations entre les signaux).
• Application:Les besoins spécifiques varient (les circuits haute fréquence nécessitent une plus grande bande passante que les applications basse fréquence).

Des CRO classiques aux DSO modernes, les oscilloscopes restent des outils indispensables pour les ingénieurs électroniciens. Comprendre leur fonctionnement et leur utilisation appropriée permet une analyse et un dépannage efficaces des circuits. Lors de la sélection d'un oscilloscope, évaluez soigneusement les exigences techniques pour identifier le modèle optimal pour vos besoins.