Oscilloscope analogique ou numérique :quelle est la différence ?

Les oscilloscopes sont des outils de test importants en ingénierie électronique. Surtout lorsque nous mesurons une section d'une forme d'onde répétitive ou un signal haute fréquence. Cependant, il y a une question parmi les débutants; Oscilloscope analogique ou numérique - quel est le meilleur ? Dans la plupart des cas, vous remarquerez que les oscilloscopes numériques coûtent plus cher que leurs homologues analogiques.

Mais pourquoi? Dans ce guide, nous répondrons à cette question et plus encore. Nous aborderons également le fonctionnement de chaque champ d'application et comment l'identifier. À la fin de ce guide, vous devrez différencier les deux et choisir celui qui convient le mieux à votre projet.

Qu'est-ce qu'un oscilloscope ?

Une main ajustant un oscilloscope

L'oscilloscope porte plusieurs noms. Vous pouvez l'appeler oscillographe, o-scope, CRO (oscilloscope à rayons cathodiques), DSO (oscilloscope à stockage numérique) ou simplement un oscilloscope. C'est un équipement qui utilise une sonde pour mesurer la tension de signal variable entre deux points d'un appareil électronique ou d'un circuit électrique.

Lors de la mesure de la tension, un multimètre prend une lecture de circuit à partir d'un seul point dans le temps. D'autre part, les oscilloscopes vous permettent de mesurer la tension d'un circuit dans le temps. Essentiellement, il faudra plusieurs milliers de lectures et les tracer sur votre écran. Cela vous permettra de comparer facilement les pics ou les chutes de tension des événements transitoires.

Il existe deux principaux types d'oscilloscopes ; les oscilloscopes analogiques (ou oscilloscopes analogiques) et les oscilloscopes numériques. Ils fonctionnent pratiquement de la même manière, mais comme vous le verrez, les oscilloscopes numériques sont dotés de fonctionnalités supplémentaires que leurs homologues analogiques n'ont pas.

Oscilloscopes analogiques

Oscilloscope analogique

Lorsque les fabricants ont introduit des oscilloscopes analogiques, ils ont utilisé un CRT avec des plaques de déviation horizontale pour afficher les formes d'onde.

Des tensions sur les plaques horizontales du tube modifiaient la position du flux. Lorsque le flux d'électrons a frappé le revêtement de phosphore sur l'écran, la zone d'atterrissage a brillé. Par conséquent, cela affichait une tache de lumière qui deviendrait finalement une longueur d'onde perceptible.

Il y avait des oscilloscopes à double faisceau que vous pouviez utiliser pour comparer deux signaux différents. Ils émettraient et afficheraient simultanément deux faisceaux d'électrons sur un seul écran plat.

Les oscilloscopes analogiques de base n'étaient pas dotés d'une fonction de stockage. Cependant, vous pouvez acheter un oscilloscope de stockage analogique pour stocker une image de longueur d'onde d'entrée. Néanmoins, ces étendues de stockage analogiques étaient coûteuses et assez rudimentaires selon les normes modernes.

À l'origine, les oscilloscopes analogiques étaient généralement gros et encombrants. Cependant, grâce à la technologie numérique, les futurs oscilloscopes sont devenus suffisamment compacts pour les applications de service sur le terrain.

Oscilloscopes numériques

Oscilloscopes numériques série Rigol DS2000

Les écrans à semi-conducteurs ont pris le relais des grands et encombrants CRT. En conséquence, cela rendait les portées beaucoup plus petites et pas aussi profondes. De plus, cela leur offrait également plus de fonctions d'affichage. Aujourd'hui, les oscilloscopes numériques sont les types d'oscilloscopes les plus courants.

De plus, l'avènement des oscilloscopes numériques a permis des fonctionnalités supplémentaires telles que le stockage standard, une meilleure manipulation de l'affichage, un meilleur déclenchement, etc.

Types d'oscilloscopes numériques

Lorsque les fabricants et les entreprises ont lancé les premiers oscilloscopes numériques, ils les ont introduits sous oscilloscope à phosphore numérique (DPO) et oscilloscope à mémoire numérique (DSO). En effet, les premiers oscilloscopes numériques utilisaient des écrans phosphorescents. Un oscilloscope numérique moderne utilise un écran LED ou LCD.

Dans le passé, la taille et la résolution de l'écran limitaient les oscilloscopes analogiques. A l'inverse, les oscilloscopes numériques modernes n'ont pas ce problème.

Oscilloscopes à signaux mixtes et domaines mixtes (MSO et MDO)

Démontage du MSO Agilent 54622D

Source :Flickr

Les nouvelles capacités offertes par les oscilloscopes numériques vont bien au-delà de ce que beaucoup pouvaient envisager à l'époque de l'analogique. Ils incorporaient des capacités telles que des canaux d'analyse logique au-delà des deux ou plusieurs canaux d'oscilloscope analogiques normalement disponibles. Par exemple, les oscilloscopes à signaux mixtes (MSO) deviennent disponibles. D'autres fonctionnalités comme une sortie de générateur de fonctions et un multimètre numérique étaient également possibles.

Presque tous les oscilloscopes modernes ont des modèles MSO standard. Alternativement, ils peuvent offrir plusieurs canaux numériques en option. De plus, de nombreux oscilloscopes numériques incluent le traitement du signal pour effectuer des mesures dans le domaine fréquentiel, c'est-à-dire, analyse spectrale . Cela permet de tester des circuits qui peuvent nécessiter un mélange d'analyse de spectre et de mesures de portée normales.

Un véritable oscilloscope à domaines mixtes dispose d'un connecteur RF dédié que vous ne pouvez utiliser que pour les mesures dans le domaine fréquentiel. Fait intéressant, il a normalement une capacité d'analyse de spectre plus performante.

Oscilloscopes d'échantillonnage numérique

Oscilloscope à échantillonnage numérique

Source :Wikimedia Commons

Une autre forme d'oscilloscope est le portée d'échantillonnage numérique . C'est une forme très spécialisée de portée que les gens utilisent pour un nombre limité d'applications de niche. Par exemple, il peut examiner des aspects tels que la gigue sur des signaux jusque dans les dizaines de régions de gigahertz. En tant que tels, nous n'utilisons pas ces oscilloscopes pour les applications d'oscilloscope moyennes.

En conséquence, ils ont un cas d'utilisation limité. Les portées viennent également dans une variété de formats. Ils peuvent être livrés dans des boîtiers de paillasse standard pour une utilisation en laboratoire. En revanche, d'autres sont plus adaptés aux applications de service sur le terrain.

Oscilloscope analogique ou numérique– Oscilloscopes USB et PC

Un PicoScope 6000 connecté à un ordinateur portable

Source :Wikimédia

Un oscilloscope sur PC peut se présenter sous la forme d'un oscilloscope autonome ou d'un oscilloscope externe. Les oscilloscopes externes basés sur PC nécessitent une connexion à votre PC pour fonctionner. De plus, ils peuvent utiliser l'écran, l'alimentation et le processeur de l'ordinateur. Souvent, vous pouvez les relier via une interface USB.

Cependant, certains oscilloscopes externes peuvent utiliser des systèmes de bus informatiques tels que le système PXI. Bien sûr, vous devrez installer le logiciel et les pilotes de l'oscilloscope sur votre ordinateur pour qu'il s'interface correctement.

D'autre part, les oscilloscopes autonomes internes basés sur PC sont livrés avec des composants informatiques internes. Ils disposent de microprocesseurs internes qui leur confèrent des fonctionnalités supplémentaires telles que le contrôle des instruments , mesure automatique, et gestion de l'affichage . De plus, ils permettent un traitement plus complexe des signaux numérisés. Cela dépasse les capacités des versions analogiques avec des CRT de stockage à vue directe.

Il existe une énorme variété de différents types et modèles d'oscilloscopes. En connaissant leurs caractéristiques et en consultant leurs fiches techniques, vous pouvez examiner leurs performances, leur facteur de forme et leurs capacités globales.

Oscilloscope analogique ou numérique– Différences clés entre les oscilloscopes analogiques et numériques

Différences de fonctionnement

Établi d'ingénierie électronique avec un oscilloscope

Il y a un énorme malentendu parmi la communauté électronique novice. Beaucoup de gens supposent que seuls les oscilloscopes analogiques utilisent des écrans CRT. C'est faux. Les oscilloscopes numériques tels que l'oscilloscope à mémoire numérique Tektronix 2230 utilisent un écran CRT.

Si vous comparez un ancien oscilloscope analogique comme le Tektronix 2213 au Tektronix 2230 DSO, vous remarquerez que ce dernier a plus de commandes de panneau. Ainsi, le fonctionnement d'un périmètre de stockage numérique est intrinsèquement plus complexe.

Un oscilloscope numérique peut faire tout ce qu'un oscilloscope analogique peut faire. Cependant, lorsque vous commencez à effectuer un zoom arrière sur un oscilloscope analogique, surtout s'il s'agit d'une fréquence inférieure, l'image de sortie commence à scintiller. Cela est dû à la façon dont l'écran CRT affiche les formes d'onde.

L'oscilloscope à mémoire numérique résout ce problème en vous fournissant une image plus stable. Ainsi, au lieu d'afficher la tension variable, le DSO échantillonnera les formes d'onde à des points variables, les stockera et les affichera. Cela lui donne un affichage plus stable et vous permet de visualiser plus facilement la forme d'onde entière.

L'oscilloscope numérique y parvient grâce à son convertisseur analogique-numérique (ADC). Il prend les tensions mesurées sous forme de signaux analogiques et les traduit en signaux numériques.

L'oscilloscope analogique n'est pas capable de la même persistance qu'un oscilloscope numérique. De plus, vous pouvez régler la persistance effective sur un oscilloscope numérique, ce qui lui permet de capter plus de bruit. L'étalonnage de l'affichage vous permet de voir une mesure plus précise et une meilleure qualité graphique. De plus, l'utilisation de la technologie LCD rend les systèmes numériques plus légers et plus portables.

Différences dans les spécifications

Image vectorielle de l'oscilloscope

Source :Commons Wikimedia

Une autre façon de comprendre certaines des différences entre les oscilloscopes consiste à observer leurs spécifications. Dans cette section, nous aborderons ces spécifications :

Oscilloscope analogique ou numérique– Bande passante (BW) :

Il s'agit de la spécification de bannière pour un oscilloscope. Il décrit la hauteur de fréquence que le frontal de l'oscilloscope peut gérer et la vitesse de temps de montée qu'il peut capturer.

Ainsi, la fréquence du signal et le temps de montée de ce signal sont intrinsèquement liés. Pour calculer le temps de montée le plus rapide que votre oscilloscope peut voir, divisez 0,35 par la bande passante spécifiée de l'oscilloscope. La formule ressemble donc à ceci :temps capturable le plus rapide =0,35 / bande passante.

Les oscilloscopes analogiques et numériques ont des spécifications de bande passante. Cependant, les oscilloscopes numériques modernes dépassent de loin les capacités de bande passante des anciens oscilloscopes.

Échantillon/taux d'échantillonnage :

Cette spécification est unique aux oscilloscopes numériques. Il vous indique à combien de points par seconde votre oscilloscope acquiert des données. Essentiellement, le signal d'entrée est acheminé via le frontal analogique (d'où provient la bande passante), puis le numériseur échantillonne la forme d'onde analogique.

Bien que la fréquence d'échantillonnage soit liée à la bande passante, elle ne l'affecte pas. Tout ce qu'il fait est de prendre des données de l'interface analogique. Néanmoins, la bande passante décrit la partie analogique de l'oscilloscope, tandis que la fréquence d'échantillonnage décrit la partie numérique. À partir de là, nous pouvons comprendre pourquoi la fréquence d'échantillonnage est une spécification exclusive aux oscilloscopes numériques.

Profondeur/taille de la mémoire :

La fréquence d'échantillonnage et la profondeur de la mémoire sont des attributs étroitement liés dans un oscilloscope. La profondeur de la mémoire décrit la quantité de données de forme d'onde que l'oscilloscope peut capturer. Plus la fréquence d'échantillonnage est rapide, plus l'onde capturée est courte. Ainsi, les formes d'onde avec des taux d'échantillonnage plus rapides occupent plus de mémoire. De plus, plus vous pouvez utiliser de mémoire, plus vous pouvez stocker de temps.

La profondeur de mémoire est la troisième propriété la plus importante d'un oscilloscope numérique. Encore une fois, il s'agit d'une spécification unique aux oscilloscopes à mémoire numérique. Les oscilloscopes analogiques ne capturent ni n'enregistrent les formes d'onde. En tant que tels, ils n'ont pas de propriétés de profondeur de mémoire.

Résolution de l'oscilloscope analogique par rapport à l'oscilloscope numérique (bits ADC) :

  Les oscilloscopes modernes sont livrés avec 8, 10 et 12 bits ADC. Le convertisseur analogique-numérique prend un signal analogique, le convertit et le quantifie en information numérique. Ainsi, un ADC 8 bits est capable de 256 niveaux de quantification (2^8 =256). Il s'agit de la résolution verticale de l'ADC.

Plus la résolution est élevée, plus la représentation de la forme d'onde sera claire. De plus, les bits ADC dicteront la plage d'entrée . Par exemple, les oscilloscopes avec des résolutions plus élevées seront plus adaptés à l'analyse de signaux minuscules. Il s'agit d'une autre spécification unique que les oscilloscopes analogiques n'ont pas.

Oscilloscope analogique ou numérique– Déclencheur :

• Chaque oscilloscope numérique est livré avec un bouton qui vous permet de modifier le niveau de déclenchement sur l'oscilloscope. Le déclencheur indique essentiellement à l'oscilloscope quand prendre un instantané de la forme d'onde.

Votre DSO standard est livré avec de nombreux modes de déclenchement différents, qui indiquent comment réagir lorsqu'il rencontre un événement déclencheur. Par exemple, le mode de déclenchement sur front indique à l'oscilloscope de capturer un instantané lorsque le signal touche le bord de la grille affichée. Cela vous donne un moyen polyvalent de mesurer la forme d'onde.

Encore une fois, étant donné que les oscilloscopes analogiques ne capturent ni ne stockent de données, les déclencheurs sont généralement propres aux oscilloscopes à stockage numérique.

Oscilloscope analogique ou numérique – Avantages des oscilloscopes analogiques

L'utilisation d'oscilloscopes numériques par rapport aux oscilloscopes analogiques présente de nombreux avantages. Mais quels sont les avantages d'utiliser d'anciens oscilloscopes analogiques ?

Plus facile à utiliser : 

Les oscilloscopes numériques ont tendance à être des oscilloscopes plus élaborés. Inversement, les oscilloscopes analogiques peuvent être plus faciles à utiliser car ils ont des commandes minimales et des affichages moins déroutants. Ainsi, vous pouvez les utiliser pour apprendre les bases du test de tension. Souvent, moins de fonctionnalités équivaut à plus de simplicité. Vous n'avez pas besoin de passer autant de temps à configurer des oscilloscopes analogiques.

Moins cher :

Les oscilloscopes analogiques sont moins chers que les types numériques. En effet, ils sont plus anciens et ont moins de fonctionnalités, et comme vous pouvez trouver de nombreux oscilloscopes d'occasion de ce type, ils sont moins chers.

Meilleur pour les lectures analogiques :

Les lectures analogiques apparaissent souvent mieux sur les écrans CRT analogiques. Ils sont plus clairs et, dans certains cas, peuvent sembler moins bruyants.

Disponibilité :

Encore une fois, parce qu'ils sont plus anciens, il existe de nombreux anciens modèles d'occasion que vous pouvez acheter. De plus, ils sont moins demandés. Ainsi, la plupart des magasins d'électronique et d'équipement réputés ont tendance à regorger de stock.

L'utilisation d'oscilloscopes numériques par rapport aux oscilloscopes analogiques présente de nombreux avantages. Mais quels sont les avantages d'utiliser d'anciens oscilloscopes analogiques ?

• Plus facile à utiliser : Les oscilloscopes numériques ont tendance à être des oscilloscopes plus élaborés. Inversement, les oscilloscopes analogiques peuvent être plus faciles à utiliser car ils ont des commandes minimales et des affichages moins déroutants. Ainsi, vous pouvez les utiliser pour apprendre les bases du test de tension. Souvent, moins de fonctionnalités équivaut à plus de simplicité. Vous n'avez pas besoin de passer autant de temps à configurer des oscilloscopes analogiques.
• Moins cher : Les oscilloscopes analogiques sont moins chers que les types numériques. En effet, ils sont plus anciens et ont moins de fonctionnalités, et comme vous pouvez trouver de nombreux oscilloscopes d'occasion de ce type, ils sont moins chers.
• Meilleur pour les lectures analogiques : Les lectures analogiques apparaissent souvent mieux sur les écrans CRT analogiques. Ils sont plus clairs et, dans certains cas, peuvent sembler moins bruyants.

Disponibilité : Encore une fois, parce qu'ils sont plus anciens, il existe de nombreux anciens modèles d'occasion que vous pouvez acheter. De plus, ils sont moins demandés. Ainsi, la plupart des magasins d'électronique et d'équipement réputés ont tendance à regorger de stock.

Conclusion

Pour la plupart des tests simples en ingénierie électronique, les oscilloscopes analogiques fonctionnent aussi bien que les oscilloscopes numériques. Si vous êtes un débutant ou un amateur, vous pouvez bénéficier davantage de l'achat d'un oscilloscope analogique au lieu d'un oscilloscope numérique. Cependant, lors de l'achat d'un oscilloscope, vous devez être clair sur vos objectifs et si les fonctionnalités de l'oscilloscope s'alignent sur eux.

Par exemple, vous devrez analyser la conception de l'oscilloscope, la bande passante numérique ou analogique, le temps de montée, le taux d'échantillonnage, la densité des canaux, la longueur d'enregistrement, le taux de capture de forme d'onde, la connectivité et l'évolutivité. Pour les oscilloscopes numériques, vous devrez vous soucier de la mémoire par canal et de la profondeur de la mémoire. Une fois que vous aurez compris ces spécifications simples, vous serez en mesure de discerner quel oscilloscope vous convient le mieux. Maintenant, quand les gens demandent :« oscilloscope analogique vs numérique; quel est le meilleur?" vous pourrez leur fournir une réponse claire. Néanmoins, nous espérons que vous avez trouvé ce guide utile. Comme toujours, merci d'avoir lu.