A l'intérieur de l'oscilloscope

Icône de l'outil pédagogique Informations complémentaires

La plupart des informations de cette page sont extraites de cette page, l'applet java quant à lui provient de celle-ci.

Le tube cathodique:
Le tube cathodique d'un oscilloscope (ou d'un téléviseur) est une grosse ampoule de verre, vide d'air, contenant un canon à électrons.

Le canon à électrons est constitué d'une cathode métallique chauffée d'où sont extraits des électrons (chargés négativement) par l'attraction électrique exercée par une anode (chargée positivement). Les électrons émis sont concentrés en un fin faisceau qui sort du canon, traverse le tube à très grande vitesse et vient percuter la partie opposée du tube qui constitue l'écran. Une peinture fluorescente déposée sur le verre émet de la lumière lorsqu'elle est frappée par les électrons. C'est ce qui produit le spot visible sur l'écran lorsque le balayage n'est pas activé.

Pour attirer les électrons, la partie interne conductrice de l'écran (couche de graphite...) est reliée à une forte tension positive (plus de 10 000V)

Le faisceau de particules provenant de la cathode (électrode négative), le tube a été appelé tube "cathodique", de même le faisceau d'électrons était appelé autrefois "rayons cathodiques".

Fonctionnement de l'oscilloscope:

A l'intérieur du tube de l'oscilloscope (voir schéma ci-dessus), deux plaques métalliques (Y'Y) parallèles et horizontales peuvent être reliés à un générateur externe. La plaque positive attire le faisceau qui est ainsi dévié vers le haut ou le bas.

De même, deux plaques parallèles et verticales peuvent dévier le faisceau vers la gauche ou la droite. Ce sont elles qui permettrent le balayage de l'écran.

Remarque: Dans un téléviseur, la déviation du faisceau d'électrons n'est pas électrique, elle est magnétique. Elle est obtenue à l'aide de bobines placés à l'extérieur du tube.

 
Utilisation d'un oscilloscope:

Pour étudier les variations d'une tension on déclenche le balayage. Les plaques de "déviation horizontale" (celles qui permettent une déviation horizontale du spot et qui sont donc les plaques parallèles et verticales du schéma ci-dessus) sont reliées à une base de temps qui provoque le déplacement à vitesse constante du spot de gauche à droite.

La durée de balayage est réglable. Elle est indiquée sur le commutateur de réglage (en ms/div ou ms/cm par exemple). C'est ainsi que l'oscilloscope offre la possibilité de "zoomer" sur l'axe horizontal (axe des abscisses, ici axe des temps) de la courbe représentant les variations de la tension en fonction du temps.

La tension à étudier est appliquée à l'entrée Y (plaques de "déviation verticale" (celles qui permettent une déviation verticale du spot et qui sont donc les plaques parallèles et horizontales du schéma ci-dessus)) par l'intermédiaire d'un amplificateur. On peut régler le gain de cet amplificateur en tournant le commutateur de sensibilité verticale ( V/div ou V/cm). C'est ainsi que l'oscilloscope offre la possibilité de "zoomer" sur l'axe vertical (axe des ordonnées, ici axe des tensions) de la courbe représentant les variations de la tension en fonction du temps.

 

Changer de calibre, c'est donc changer l'échelle employée pour visualiser la courbe mais cela ne change rien à la nature du courant électrique étudié.

Les mesures de tension maximale Umax et de période T doivent donner sensiblement les mêmes résultats quels que soient les calibres choisis.

A vous donc de choisir le plus adapté, celui qui permet la lecture la plus fine possible du nombre de divisions pour que la valeur relevée soit précise.



Icône de l'outil pédagogique

L'applet Java* (ici dans sa version d'origine) vous permet de simuler l'application de tensions sur les plaques de déviations pour simuler :

  • l'utilisation sans balayage : tensions continues sur les deux voies. Seul un spot est visible sur l'écran
  • l'utilisation en mode XY : tensions continues ou sinusoïdales appliquées sur les voies "X" et "Y",
  • l'utilisation de la base de temps : une tension périodique en dents de scie ("rampe") est appliquée sur les plaques de déviation horizontale (voie X).

C'est cette dernière qui est utilisée sur les oscilloscopes du laboratoire du collège. Pour la simuler, il faut donc que vous activiez Rampe sur la ligne "Tension sur la voie X". Vous pouvez ensuite appliquer le type de tension que vous désirez sur la ligne "Tension sur la voie Y" et observer en même temps le déplacement du faisceau d'électrons dans le tube cathodique et le déplacement du spot sur l'écran.

 

 


* Il faut donc que Java soit installé mais si ce n'est pas le cas, votre navigateur vous le dira directement et vous proposera d'aller le télécharger.

 



Icône de l'outil pédagogique Rappels

Je ne peux m'empêcher d'ajouter le texte de la nouvelle mouture de la page sur laquelle vous trouverez la version plus aboutie de cet applet élaboré par Daniel Poiraud.

 


 

Le faisceau d'électrons est produit par un canon à électrons (non représenté ici).

Ce faisceau passe entre les plaques de déviation horizontales et verticales. Il est dévié verticalement si les plaques horizontales sont soumises à une tension vy (vers le haut si vy >0); il est dévié horizontalement si les plaques verticales sont soumises à une tension vx (vers la droite si vx >0); sinon, il arrive au centre de l'écran. On observe alors une tache lumineuse, appelée "spot".

La déviation est proportionnelle à la tension instantanée appliquée sur les plaques.

On peut appliquer des tensions de nature différente (continu, triangle, sinusoïde, rampe) et de valeur/amplitude réglable sur chacune des voies.
La voie X correspond aux plaques verticales,la voie Y correspond aux plaques horizontales.

Une rampe (applicable seulement en X), permet le déplacement du spot du bord gauche au bord droit de l'écran à vitesse constante, puis le retour supposé ici instantané. C'est la fonction réalisée par la "base de temps".

Si une plaque est chargée positivement, sa couleur sur l'applet est rouge; si elle est chargée négativement , sa couleur est noire; si elle n'est pas chargée (tension nulle) sa couleur est grise.