Oscilloscope classique

Ces oscilloscopes étaient utilisés pendant la seconde guerre mondiale pour montrer le signal du radar. A cette époque, le tracé ne permettait pas encore de déterminer directement la position d'un avion ennemi, il fallait combiner les signaux de plusieurs oscilloscopes, un oscilloscope indiquait la distance, un autre tracé indiquait l'azimuth ou l'élévation (voir historique du radar).

Le signal de la base de temps de l'oscilloscope est un signal en dents de scie, qui augmente linéairement pour revenir rapidement à son point de départ en fin de course. Pendant le retour le spot lumineux est bloqué électroniquement. La base de temps peut être synchronisée avec le signal à visualiser (il n'est possible de visualiser correctement que des signaux répétitifs). Il est interessant de noter que la déflection horizontale et verticale d'un téléviseur était également un signal en dents de scie.

Nous n'allons pas décrire tous les réglages possibles d'un oscilloscope, signalons simplement le mode de fonctionnement XY où on applique un signal sur l'entrée X (généralement le signal à l'entrée d'un module) et un autre signal sur l'entrée Y (le signal à la sortie du module). Ce mode de fonctionnement permet de vérifier la linéarité d'un module ou peut être utilisé pour controler la modulation dans le cas d'un émetteur AM. Cette page reprend quelques tracés d'oscilloscope d'un émetteur AM, aussi bien des tracés classiques (enveloppe) que des tracés en mode XY (tracés en trapèze).

Le mode XY peut être utilisé pour controler le fonctionnement d'un module, mais également pour tracer les courbes caractéristiques d'un transistor. Il existe des kits tout simple à brancher à un oscilloscope. Ces kits fournissent tous les signaux nécessaires et se branchent à l'oscilloscope. Les figures de Lissajous bien connues sont produites quand l'oscilloscope travaille en mode X/Y.

Le schéma de l'oscilloscope PACO ES 550B est décrit ici.

La très haute tension pour le tube cathodique se fait à partir du transfo d'alimentaion avec un doubleur de tension composé de deux tubes 1V2 qui produisent à la fois une tension positive (pour l'anode d'accélération) et une tension négative (pour la cathode et les grilles de commande et de focalisation).

Nous avons ensuite la haute tension classique produite par un 5V4, un tube redresseur double alternance. L'appareil utilise une self de filtrage et les circuits de préamplification sont alimentés à partir d'une tension stabilisée par un tube néon OA2.

Cet appareil produit également une tension de calibration, générée à partir de la tension alternative des filaments et limitée par une double diode au sélénium montée tête-bèche.

L'amplification verticale se compose des tubes suivants:

• 12AV7, étage tampon et premier amplificateur, correspond au PCC84, une double triode utilisée en VHF.
• 6U8, triode-pentode dont la pentode est utilisée comme étage amplificateur classique et la triode comme étage déphaseur pour commander le push pull (correspond à un tube PCF82 qui peut être utilisé en VHF).
• 6CL6, pentode vidéo utilisée dans les téléviseurs (correspond au tube PL83 européen). Nous avons ici un montage en push pull permettant une déflection appréciable avec une tension de commande plus faible.

• 6U8 avec la triode comme étage tampon et la pentode comme étage amplificateur classique.
• 6C4 une triode de puissance qui n'a pas vraiment d'équivalent européen, utilisé comme étage déphaseur.
• 12BH7 une double triode (correspond un peu au tube ECC82), utilisé comme étage push pull.

Il s'agit d'un oscilloscope de base, mais qui a toutes les fonctions utiles: une entrée Z (modulation du faiseau d'électrons), une entrée de synchronisation et une entrée X et Y directe, permettant d'éviter l'utilisation des amplificateurs internes. Les amplificateurs ne sont pas couplés en courant continu (comme la plupart des oscilloscopes à tubes), et ne peuvent donc pas montrer les niveaux continus.

Enregistrement des images d'oscilloscope

En cas de phénomènes non répétitifs, il fallait laisser l'obturateur suffisamment longtemps ouvert. L'oscilloscope était prévu pour ne pas donner d'image à l'écran en attente. Ce n'est que quand l'oscilloscope était déclenché qu'il montrait une seule trace. Un signal était alors envoyé à l'appareil photo pour fermer l'obturateur et passer à la photo suivante.

Les oscilloscopes qui étaient destinés à l'enregistrement avaient une persistance plus longue et la couleur du phosphore était vert-bleu qui correspondait au pic de sensibilité des émulsions spécifiques pour ce genre d'applications.

Iln'y avait pas d'exposition suffisante en cas d'évènements très courts (moins de 0.1µs), même avec l'émulsion la plus sensible de l'époque (10.000 ISO). Même en développant le film plus longtemps (push processing) il n'était pas possible d'avoir une image qu'on pouvait utiliser.

Cela est causé par la courbe de sensibilité de l'émulsion: elle est peu sensible pour les faibles lumières et la sensibilité diminue également pour les hautes lumières. C'était très interressant pour le photographie argentique classique, car cela permet un contraste plus élevé pour les tons moyens tout en ne réduisant pas la dynamique. La courbe de sensibilité de l'émulsion (fonction de transfert) est expliquée ici.

La solution était d'utiliser un "pulse flood gun", un canon supplémentaire non focussé qui éclaire momentanément tout l'écran. Le flood gun était activé momentanément après l'enregistrement d'une trace.

En magenta l'exposition de l'émulsion pendant un évènement très court. La quantité de lumière est si faible que l'émulsion réagit à peine à l'exposition (flèche cyan inférieure). Grâce au flood gun (flèche verte) on déplace l'exposition vers la partie de la courbe où l'émulsion réagit le plus fort.

L'émulsion est ensuite développée pour augmenter le contraste pour rendre l'image suffisamment visible. L'image n'était pas parfaite, mais juste suffisante pour analyser le tracé et faire des mesures.

Au lieu d'utiliser un flood gun, on est rapidement passé à une petite lampe incandescente qui est allumée pendant un très court instant après avoir enregistré le phénomène. L'avantage est que le graticule devient ainsi visible sur la photo et permet des mesures plus précises.

On est passé au film à développement instantané (Polaroid) qui permet de voir directement si la trace a été enregistrée correctement. La photo polaroid, si elle était bien enregistrée était alors utilisée pour faire des copies: elle était photographiée avec un appareil photo normal.

Il y a eu une amélioration notable avec les oscilloscopes à mémoire, mais cela était une option extrèmement chère et la plupart des laboratoires ne pouvait pas se payer un tel type d'oscilloscope. Il s'agissait toujours d'oscilloscopes analogiques. La couche de phosphore sur l'écran avait des caractéristiques particulières, et notament une émission secondaire très poussée. Une charge positive apparaissait aux endroits où le rayon cathodique avait frappé la couche de phosphore.

L'acran était éclairé par un faisceau flood de faible intensité pour rendre l'image visible par après: la chage positive à l'endroit de la trace attirait les électrons libérés par le canon flood non focussé. L'image ne restait visible que quelques minutes, mais cela était suffisant pour la photo.

On pouvait conserver l'image latente pendant quelques jours s'il ne fallait pas prendre de photo. Le canon flood était simplement débranché et la charge était maintenue. Mais la charge électrostatique disparaissait malgré tout au bout de quelques jours (au lieu de quelques minutes si le canon flood était activé.