Historique de l'oscilloscope:
systèmes mécaniques avec galvanomètre

Tracé d'scillographe optique Canon d'un oscilloscope Oscilloscope à tubes reproduisant un signal vidéo Il est même possible de reproduire une image de télévision

S'il ne faut pas un enregistrement, le rayon lumineux est envoyé vers un écran gradué. Une seconde déflection est appliquée par un miroir polygonal monté sur l'axe d'un moteur pour étaler la trace dans le temps. Il n'est alors pas encore possible de synchroniser le moteur au signal à visualiser.

Les premiers tubes à rayons cathodiques

Notez qu'à cette époque on ne parlait pas encore d'électrons mais de "rayons cathodiques" (car issus de la cathode), tandis que les ions étaient appellés "rayons canaux". Les rayons cathodiques étaient émis perpendiculairement à la surface de la cathode, ce qui faisait supposer que ces rayons étaient en fait des particules (mais on ne savait pas encore lesquelles).

Quand les rayons cathodiques frappent l'anode, ils produisent des rayons X (s'ils sont suffisamment énergétiques), c'est ainsi que ce type de rayonnement a été découvert. Les rayons cathodiques ne sont pas tous captés par l'anode, certains rayons poursuivent leur route et frappent la surface de verre, où ils produisent un léger rayonnement vert (fluorescence). La fluorescence peut être augmentée en revouvrant la paroi intérieure du tube d'une substance plus fluorescente.

Il est possible de dévier le rayonnement avec un aimant ou un champ électrique. C'est interessant, mais le tube de Crookes est resté une curiosité de laboratoire: il dépend en effet de la pression partielle correcte pour fonctionner. Si le vide est trop prononcé, il y a trop peu d'ions qui se forment et frappent la cathode, et donc trop peu d'électrons qui sont libérés.

L'avancée viendra avec le filament chauffé, qui produit un flot continu d'électrons et permet de fonctionner avec une tension plus faible. Le tube ne necessite pas la présence d'ions pour fonctionner, et le tube peut fonctionner sous un vide plus poussé, ce qui améliore ses caractéristiques. Ce filament (et le vide poussé) permettra l'apparition des différents tubes électroniques: triodes, pentodes, tubes imageurs pour oscilloscope et tube de télévision.

Les premiers tubes cathodiques apparaissent en 1931. La déflection est électrostatique, par des plaques sur lesquelles on applique une tension. La commande est généralement en mode push-pull qui permet une déviation plus importante avec une différence de tension plus faible. Il y a deux plaques pour la déflection verticale (le signal à mesurer) et deux plaques pour la déflection horizontale (le signal de la base de temps).

Le tube de l'oscilloscope se compose des parties suivantes:

1. le soquet, qui doit avoir de nombreux contacts
2. le filament
3. la cathode, qui n'émet que vers l'avant sur une surface de moins de 1mm carré)
4. la grille de controle (wehnelt) qui controle l'intensité lumineuse du spot mais influence également la concentration du rayon
5. la grille d'accélération, placée à une tension positive élevée
6. la grille de focus, quand on modifie l'intensité du sport, il faut souvent refaire le focus
7. les plaques de déflection horizontales
8. un écran électrostatique
9. les plaques de déflection verticales

Dans certains cas, les plaques verticales et horizontales sont interchangées. L'influence des plaques près de la cathode est plus importante et pour certaines applications on préfère une sensibilité verticale plus importante. L'angle de déflection maximal qui peut être obtenu est d'environ 5°.

Quand l'écran d'oscilloscope est utilisé dans une application télé, on mettait d'abord les plaques de déflection horizontale car l'écran est un peu plus large que haut. Dans une application oscilloscope classique, on met d'abord les plaques verticales pour avoir un gain plus élevé.

On utilise toujours une déflection électrostatique, qui est plus facile à mettre en œuvre quand on utilise des fréquences très variables. En cas de déflection magnétique on est limité à la fréquence maximale qui peut être atteinte à cause de la self-induction des bobinages.

Les tubes d'oscilloscope ont été utilisés dans les premières télévisions. En Europe on était déjà passé à la déflection magnétique avant la seconde guerre mondiale, ce qui permet d'avoir une déflection plus importante de 50° (tube plus court). Aux Etats Unis on a continué à utiliser la déflection électrostatique, même dans les années 1950. En utilisant un circuit accordé, on pouvait obtenir des tensions plus élevées sur les électrodes, ce qui permettait un angle de déflection de 15° (la fréquence de déflection est fixe, 60 et 15,750Hz).

Comparaison avec les téléviseurs

Il est toujours possible d'utiliser un oscilloscope pour reproduire une image de télévision à condition que l'oscilloscope dispose d'une entrée Z qui modifie l'intensité du spot. L'oscilloscope Paco ES-550B (Precision Apparatus Corporation) décrit sur la page suivante dispose d'une telle entrée et peut travailler en mode XY (voir plus loin), où on n'utilise pas la base de temps interne.

Les téléviseurs sont passés d'une déflection électrostatique à une déflection électromagnétique qui permet un angle de déflection plus important, et donc des tubes plus courts. Par contre pour les oscilloscopes, on est forcé d'utiliser la déflection électrostatique qui permet une déflection correcte à toutes les fréquences. Les tubes d'affichage d'oscilloscopes sont donc nécessairement longs.

L'article continue sue une seconde page où on vous parle comment enregistrer les images d'oscilloscope.