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Ceux qui connaissent les multimètres numériques (DMM) savent qu'ils sont parfaits pour mesurer la tension d'un circuit à un moment précis. Dès que les signaux de nos circuits commencent à varier avec le temps, les données deviennent moins utiles, apparaissant comme une suite de nombres successif qui changent rapidement. La plupart des circuits électroniques ne sont pas assez simples pour justifier la mesure d'un seul point de référence. Soit le signal varie avec le temps, soit vous pouvez avoir des composants avec des comportements non linéaires comme les condensateurs. Cependant, si vous avez passé du temps à enregistrer chaque point que votre DMM a lu dans une table graphique, vous pourriez avoir une idée très utile de ce qui se passe dans le circuit, mais vous gaspillerez alors beaucoup de temps dans ce processus. Un oscilloscope présente une alternative à ce processus qui prend du temps, en cartographiant ces données pour vous.
La caractérisation d'un circuit RC (un circuit simple composé d'une résistance et d'un condensateur) est le parfait exemple pour lequel un oscilloscope pourrait être utile. En des termes d'explications simples, le condensateur collecte lentement la charge avant de se décharger lentement au fil du temps. Mais qu'est-ce que cela signifie en termes de signaux? Découvrons-le !
Pour les besoins de cette description, nous avons utilisé un petit oscilloscope sans fil OpenScope.
Nous avons créé un circuit RC de base et avons inclus le schéma ci-dessous afin que vous puissiez faire référence à ses valeurs:
Nous allons commencer en connectant le côté positif du canal oscilloscope 1 (fil orange) à la deuxième résistance (R2), le générateur de forme d'onde (fil jaune) à la deuxième résistance (R2) et la masse (fil noir) à l'autre noeud où la résistance et le condensateur se connectent. Vous pouvez voir comment votre projet devrait apparaître sur l'image ci-dessous.
Assurez-vous que vos paramètres correspondent aux paramètres indiqués ci-dessus. Base de temps de 10ms / div. Déclenchez le front montant à 100 mV. L'oscilloscope Channel 1 avec 200mV / div. Le générateur de forme d'onde est réglé sur une onde carrée avec une fréquence de 9 Hz et une amplitude 3 Vpp.
Cliquez sur Exécuter et vous devriez voir le signal suivant:
En termes d'ingénierie électronique, la première moitié du signal (avec le déclenchement vert activé) s'apparente à la réponse forcée et la seconde moitié est la réponse naturelle. Plus simplement, la première section montre la réponse du circuit lorsque vous appliquez soudainement une tension, c'est-à-dire la charge du condensateur. La deuxième section montre la réponse du circuit lorsque vous supprimez cette tension, c'est-à-dire la décharge du condensateur. Il peut être utile de mesurer à quelle vitesse la décharge ou la charge se produit, et avec un oscilloscope, vous pouvez facilement voir le signal et prendre ces types de mesures.
Il y a bien sûr beaucoup d'équations et de théories qui régissent la charge et la décharge des condensateurs, mais je n'aborderais pas ce sujet. Si vous êtes intéressé pour en apprendre davantage, le cours de Real Analog gratuit offre de nombreuses informations sur le sujet.
A propos du Déclenchement
Après avoir terminé le circuit de l'exercice précédent, prenons un moment pour comprendre le fonctionnement du déclenchement (Trigger). Les déclenchements définissent une condition qui doit être remplie avant l'ouverture de l'acquisition. Mais qu'est-ce que cela signifie dans la pratique ?
Vous avez peut-être remarqué que lorsque nous avons utilisé l'OpenScope, la section intitulée «Déclenchement» (Trigger) avait un symbole avec une flèche pointée vers le haut automatiquement sélectionnée. Essayons de cliquer sur le bouton "OFF" dans les réglages du déclenchement afin de le désactiver. Vous devriez maintenant voir le signal défiler continuellement dans toute la fenêtre. En cliquant sur le bouton, le symbole de la flèche pointant vers le haut devrait stabiliser le signal. Cela démontre le but des déclenchements, c'est-à-dire de stabiliser la partie de la forme d'onde dont vous vous inquiétez et d'analyser rapidement le signal.
Maintenant, nous allons étudier comment les paramètres de déclenchement changent l'affichage du le signal. Les paramètres que nous avions précédemment devraient apparaître avec le symbole flèche pointant vers le haut et 100 mV.
Le symbole que vous sélectionnez définit si le déclenchement est sur le front montant ou sur le front descendant. Pour les signaux périodiques (un signal qui se répète, comme par exemple une onde sinusoïdale), il y aura plusieurs points où le signal croise une certaine valeur. Cela nécessite un déclenchement spécifié où le signal augmente ou diminue. La valeur que vous entrez est la valeur sur laquelle le signal déclenchera. Vous pouvez visualiser le déclenchement dans WaveForms Live (montré ci-dessous) avec la ligne verte. En la faisant glisser vers le bas, vous pourrez repositionner le signal sur votre écran.
Modifiez maintenant la valeur à 5,2 V dans la barre latérale. Vous verrez le signal se déplacer afin que le déclenchement corresponde à la valeur choisie. Vous pouvez également remarquer que le signal commence à se déplacer un peu. Cela démontre l'importance de sélectionner correctement la valeur de déclenchement.
Tout d'abord, la valeur doit être à l'intérieur du signal, sans quoi elle ne provoquera jamais de déclenchement. Ensuite, elle doit concerner une partie stable du signal, sinon les faibles changements de tension provoqués par le bruit déplacent le point de déclenchement. Il en résulte un signal moins stable à l'écran.
Maintenant, changez la valeur à 500 mV et sélectionnez le symbole avec la flèche pointant vers le bas (c'est-à-dire le déclenchement sur un front descendant). Cela va vous permettre de sélectionner la partie la plus stable du signal. Vous devriez voir le signal suffisamment fixe pour prendre des mesures en utilisant les curseurs pour obtenir de précieuses données !
En savoir plus sur les circuits RC: Domaine de fréquence
Dans le premier exemple d'un circuit RC, nous avons examiné comment le circuit répond à une entrée d'onde carrée à une fréquence fixe. Ceci est utile pour déterminer ce qui se passera lorsque nous allumerons ou éteindrons la source d'alimentation du circuit. Mais que faire si nous voulons savoir ce qui se passe lorsque nous mettons des signaux à des fréquences variables à travers notre circuit?
Pour le traitement du signal, il est souvent utile de construire un circuit qui peut filtrer certaines fréquences ou des bruits. Avec un diagramme de BODE, nous pouvons déterminer quels signaux de fréquence traverseront notre circuit et à quelle amplitude. En traçant toutes les réponses sur le même graphique, nous pouvons rapidement créer, tester et ajuster notre circuit.
Commençons par construire un circuit RC simple comme indiqué ci-dessous:
Connectez le générateur de forme d'onde (fil jaune) à la résistance (R1) et le canal Oscilloscope 1 (fil orange) au noeud avec la résistance et le condensateur. Enfin, connectez votre masse (fil noir) au condensateur. Votre montage doit ressembler à la figure ci-dessous:
Assurez-vous que l'oscilloscope dans WaveForms Live est arrêté avant de cliquer sur le bouton avec la ligne qui serpente sur le bord droit de la fenêtre du graphique (voir l'image ci-dessous).
Cela ouvrira le diagramme de BODE, également appelé réponse d'amplitude. Vérifiez que les paramètres correspondent au graphique ci-dessous, puis cliquez sur "Exécuter".
Chacun des points représente une fréquence qui a traversé le circuit et a été comparé à la sortie. La valeur "X" du point est la fréquence et la valeur "Y" est le rapport de l'amplitude d'entrée à l'amplitude de sortie en dB.
Ce circuit montre un comportement à faible passivité, puisque les fréquences plus basses ont une valeur proche de 0 dB, ou un ratio de 1. Pour en savoir plus sur les diagrammes de Bode et leurs fréquences de coupure, consultez le cours Real Analog.
Trouvez des informations supplémentaires sur l'initiation aux circuits électroniques sur le Wiki de Digilent: https://reference.digilentinc.com/