Les oscilloscopes disposent de bandes passantes et de fréquences d'échantillonnage différentes. Quelle bande passante est la plus adaptée ? Une bande plus grande est toujours préférable, mais les oscilloscopes munis d'une bande passante élevée sont plus chers et tout budget a ses limites.

Fréquences et signaux

Avant d'aborder le sujet des bandes passantes, il est important d'expliquer la manière dont les signaux sont produits. Lorsque nous parlons de la fréquence d'un signal analogique, il s'agit toujours de la fréquence d'une onde sinusoïdale. L'illustration 1 représente une onde sinusoïdale. Sur l'illustration, deux périodes de l'onde peuvent être observées. La période correspond au laps de temps pendant lequel l'onde sinusoïdale monte et descend. La période et la fréquence sont inversement proportionnelles. La fréquence peut être calculée grâce à la formule suivante : $$f = \frac{1}{D},$$ dans laquelle \(f\) représente la fréquence et \(D\) la période. Sur l'illustration 1, la période est égale à 100 ms et la fréquence à 10 Hz.

Sinusgolf
Illustration 1 : Deux périodes d'une onde sinusoïdale sont représentées.

Signaux non sinusoïdaux

L'onde sinusoïdale est une forme de signal importante. Chaque signal périodique ou répétitif est composé d'un ensemble d'ondes sinusoïdales. L'illustration ci-dessous représente une onde carrée. Les ondes carrées arborant des lignes à angle droit, il est difficile d'imaginer qu'elles sont également composées d'ondes sinusoïdales. L'illustration ci-dessous permet de comprendre ce mécanisme. L'onde carrée est composée d'une onde fondamentale sur laquelle se superposent des ondes sinusoïdales à des fréquences de plus en plus élevées, appelées les harmoniques. Plus le nombre d'harmoniques est élevé, plus la forme du signal est proche de la forme d'onde carrée. Une onde carrée parfaite est composée d'un nombre infini d'harmoniques. Elle n'existe donc pas dans la pratique.

Blokgolf opgebouwd uit sinusgolven
Illustration 2 : Une onde carrée est composée de dizaines d'ondes sinusoïdales. (Illustration d'origine)

Lorsque nous évoquons la fréquence d'un signal dans cet article, nous parlons de la fréquence d'une onde sinusoïdale ou de la fréquence d'une harmonique.

Bande passante et fréquence d'échantillonnage

Le principe des harmoniques et des fréquences ayant été brièvement décrit, nous pouvons désormais revenir à la question des oscilloscopes. L'illustration 3 représente le schéma global de fonctionnement d'un oscilloscope numérique. Le signal est envoyé vers l'interface frontale analogique par le biais de la sonde. L'interface analogique amplifie et filtre le signal. Ce dernier est ensuite échantillonné et converti en signal numérique. Enfin, le signal numérique est affiché sur l'écran.

Globaal diagram van oscilloscoop
Illustration 3 : Schéma du chemin emprunté par le signal sur un oscilloscope.

La sonde et l'interface frontale analogique disposent toutes deux d'une largeur de bande. La largeur de bande indique jusqu'à quelle fréquence les signaux peuvent être transmis. Les signaux dont la fréquence est plus élevée que la largeur de bande doivent être atténués. La transition entre les signaux pouvant et ne pouvant pas être transmis n'est toutefois pas directe. Les signaux dont la fréquence est proche de la largeur de bande sont également atténués. L'illustration ci-dessous le montre bien. La largeur de bande correspond à la fréquence à laquelle l'atténuation des signaux est de 30 % (3 dB).

Banbreedte
Illustration 4 : La largeur de bande correspond à la bande de fréquences jusqu'à la fréquence à laquelle le signal est atténué de 3 dB.

Après avoir été filtré par l'interface frontale analogique, le signal est échantillonné. Le signal est mesuré et numérisé selon un intervalle fixe. Le signal numérisé est ensuite affiché sur l'écran de l'oscilloscope. Une onde sinusoïdale doit être échantillonnée plusieurs fois par période afin de pouvoir être visualisée correctement sur l'écran de l'oscilloscope. L'onde sinusoïdale doit, pour chaque période, être échantillonnée au moins 5 fois (idéalement 20 fois) pour pouvoir être affichée correctement sur l'écran. Une onde sinusoïdale d'une fréquence de 10 Hz doit donc être échantillonnée 50 à 200 fois par seconde.

Dans la pratique

Dans la pratique, il est rare de mesurer des ondes sinusoïdales parfaites, mais également d'autres signaux, notamment les ondes carrées. Et lorsqu'un signal est observé, il est souvent important de pouvoir le visualiser en détail. La bande passante de l'oscilloscope doit donc être plus élevée que la fréquence du signal à mesurer. Par exemple lorsqu'un moteur est entraîné par une onde carrée de 20 kHz, une bande passante de 200 kHz minimum est nécessaire, mais une bande passante de 500 kHz est préférable.

Assurez-vous toujours que la bande passante de la sonde soit suffisamment élevée. Le plus simple est que la bande passante de la sonde soit au minimum aussi élevée que la bande passante de l'oscilloscope.

Pour chacun de nos oscilloscopes la bande passante est toujours indiquée, de même que la fréquence d'échantillonnage, en mégaéchantillons par seconde (Mé/s). Dans la pratique, la fréquence d'échantillonnage de la plupart des oscilloscopes est plus élevée que la bande passante.

Nous espérons que cet article vous aidera lors de la sélection d'une bande passante. Pour toute question, n'hésitez pas à nous contacter.