Electronique > Bases > Quels appareils de mesure pour bien commencer ?

Dernière mise à jour : 06/03/2016

Présentation

Voici quelques indications qui pourraient vous aider à choisir vos appareils de labo dans le cadre de la conception ou du dépannage dans ce monde merveilleux qu'est l'électronique. Pas de liste toute faite car chacun a des besoins et des moyens différents.

Oscilloscope


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L'oscilloscope est un appareil de mesure assez sophistiqué et coûteux. Les experts disent qu'il s'agit d'un outil indispensable quand on fait de l'électronique. Pour ma part je pense qu'il n'est pas obligatoire quand on fait ses premiers pas en électronique, mais qu'il devient indispensable quand on met vraiment les mains dans le cambouis (conception et dépannage).

Bande passante
Mon premier oscilloscope fut un modèle à lampe doté d'entrées sur fiches banane et qui n'a jamais fonctionné correctement (voir page Droit à l'erreur ?). Quand j'ai acheté mon premier oscilloscope (Hameg HM203-4), je me suis dit que travaillant principalement dans le domaine de l'audio (20 Hz à 20 kHz), un modèle qui possédait une bande passante de quelques MHz suffisait amplement. Je me suis rendu compte avec le temps que je m'étais un peu trompé. J'ai eu l'occasion de concevoir et réaliser des préamplis qui ne fonctionnaient pas du premier coup et qui fournissaient de belles oscillations HF dont je me serais bien passé. Les oscillations parasites peuvent parfois monter très haut en fréquence, il n'est pas rare qu'elles atteignent plusieurs MHz, voire plusieurs dizaines de MHz (et oui, même pour un montage supposé travailler dans les fréquences audibles). Un oscilloscope qui présente une bande passante de 20 MHz ne me semble aujourd'hui plus un luxe. 

Mono ou double voie ?
Sans aucune hésitation, je dis double voie ! Je me sers quasiment toujours des deux voies (surtout pour mes montages audio), et de façon occasionnelle de 3 voies (je possède aussi un oscillo mixte A/N à quatre voies). Il m'arrive bien sûr parfois de me servir d'une seule voie (vérification signal en sortie d'un générateur ou d'un oscillateur logique). Vous ne pouvez pas imaginer à quel point une deuxième voie est pratique et permet d'économiser du temps ! Si vous optez pour un deux voies, n'achetez pas deux sondes, mais trois ! Une troisième sonde pourra vous être utile pour le déclenchement externe, qui peut simplifier la visualisation de signaux parfois un peu difficiles à "attraper". Plus terre-à-terre, cette troisième sonde peut constituer un secours.

Analogique ou numérique ?
Il fut un temps où l'oscilloscope numérique n'osait même pas s'afficher chez le commerçant du coin, à cause bien sûr de son prix élevé. On trouve désormais des oscilloscopes de table (taille normale), transportables (taille réduite) ou portatifs (qui tiennent dans la main) qui commencent à présenter des performances interressantes pour des prix plus raisonnables, même s'ils ne sont pas encore vraiment à la portée de toutes les bourses. Attention au choix d'un oscilloscope numérique, ne vous laissez pas piéger par les bandes passantes annoncées par certains fabricants, qui n'ont pas de scrupule à notifier une bande passante de 2 x 60 MHz alors que les convertisseurs d'entrée sont cadencés à la fréquence d'échantillonnage de 250 MS/s (méga échantillons - Samples - par secondes). Certes, on peut dire qu'un signal périodique de 60 MHz peut être capturé avec une fréquence d'échantillonnage de 125 MS/s (moitié de 250 puisque présence de deux voies d'entrée, et le théorème de Shannon / Nyquist est respecté). Mais avez-vous idée de la forme du signal affiché ? Rien à voir avec la réalité, ni avec ce que peut offrir un oscilloscope analogique de même bande passante ! La comparaison peut être faite entre un oscilloscope de marque Tektronix, modèle TDS2002, qui affiche une bande passande de 60 MHz pour un échantillonnage de 1 GS/s, et un oscilloscope de marque Owon, modèle PDS6062T, qui affiche aussi une bande passande de 60 MHz mais pour un échantillonnage de 250 MS/s. On se doute bien que pour le second la fidélité de restitution de la forme du signal acquis sera moins bonne. Pour le Owon PDS6062T, il aurait été plus sage de parler d'une bande passante de 15 MHz, qui ceci dit est suffisante pour des besoins courants. Il ne faut pas cracher sur les chiffres, surtout quand on sait que le second coûte moitié moins cher que le premier ! Il faut juste savoir ce qu'on achète. Pour ma part, j'ai acheté, en complément de mon oscilloscope analogique Hameg HM303 qui fonctionne toujours bien, un petit oscilloscope portatif à brancher sur un PC. Il s'agit du PicoScope 2205 qui me donne entière satisfaction (photo de gauche ci-après).

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Il est stable, propose l'analyse spectrale (fonction analyseur de spectre très utile pour avoir un bon aperçu de la distorsion sur un signal audio par exemple, mais je ne m'en sers pas pour faire des mesures précises), dispose d'un générateur de signal intégré (AWG, Arbitrary Waveform Generator) et permet la capture directe des écrans sur PC, ce qui me change des photos manuelles de l'écran de mon modèle analogique. Il dispose en outre d'un système de décodage logiciel de trames de données série, très utile pour l'analyse et le débogage de flux issus de liaisons I2C ou SPI par exemple (je m'en suis plusieurs fois servi pour analyser des trames SMBus sur des systèmes de gestion d'énergie avec batteries). Ceci dit la profondeur mémoire du Picoscope 2205 est trop limitée pour pouvoir décoder de longues trames (mémoire de 48 kpts, on ne peux pas capturer beaucoup d'octets à la queue-leu-leu), et pour pouvoir travailler confortablement avec ces dernières, je me suis équipé du Picoscope 3204 MSO (photo de gauche ci-après) dont la capacité mémoire est de 128 Mpts (plus de 2000 fois plus élevée que celle du Picoscope 2205).

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La société Rigol propose deux modèles à moins de 400 euros qui peuvent être intéressants pour le débutant : le DS1052 et le DS1102 (ces deux modèles ont la même base physique mais avec des logiciels différents). Moi même possède le DS1054Z (photo de droite ci-avant) que j'apprécie pour son faible encombrement et son écran confortable. Retenez toutefois que les modèles numérique d'entrée de gamme possèdent souvent des convertisseurs A/N de résolution 8 bits, ce qui suffit pour voir une forme de signal "générale" mais pas les petits détails sur cette forme "générale". Par exemple, une suroscillation de 100 mV à 150 kHz superposée à un signal audio de 1 V/ 1 kHz ne sera pas correctement restituée, on ne voit que du bruit. Pour une bonne visualisation de signaux de "faible amplitude" sur un calibre "peu sensible", le convertisseur A/N d'entrée doit posséder une résolution d'au moins 12 bits. 

Achater un oscilloscope analogique d'occasion ?
Vue le marché actuel des oscilloscopes numériques neufs, on trouve aujourd'hui peut-être un peu plus d'oscilloscopes analogiques sur le marché de l'occasion. Pour les "petits besoins", un oscilloscope numérique d'entrée de gamme fait l'affaire : pas cher, et bourré de fonctions qu'on ne trouve pas sur les oscillos analogiques. Si vous pensez qu'une annonce d'oscilloscope analogique vaut le coup, peut-être pouvez-vous vérifier les points suivants avant achat :
- focus : il doit être possible d'obtenir à l'écran une ligne bien fine, qui ne bave pas (bouton appelé Focus ou Netteté selon appareil).
- lumière : le taux de luminosité ne doit pas être réglé à fond pour une visualisation normale, si c'est le cas c'est que le tube est trop essoufflé. Si trace très peu lumineuse avec réglage lumière à fond, pas terrible.
- calibrage : si l'appareil est doté d'une sortie Calibrage (souvent appelé Cal Out, et se présentant sous forme d'une petite pinoche sur laquelle on peut accrocher ou enfoncer la sonde de l'oscillo), il faut vérifier que ce qui sort (signal rectangulaire de fréquence fixe et d'amplitude fixe) est correctement affiché, aussi bien en amplitude qu'en temps. Si par exemple le signal fourni est un carré de 1 MHz / 1 V crête à crête, vérifier que les transitions verticales à l'écran sont bien espacées de 1 division quand la base de temps est sur 500 ns / division (0,5 us / division) et que le nombre de divisions entre haut et bas des crénaux est de 5 divisions quand la sensibilité verticale est réglée à 0,2 V / division. Si pas de sortie générateur pour calibrage sur l'oscillo, utiliser un générateur de signaux externe dans lequel on a entière confiance. Ceci dit, si l'affichage oscillo n'est pas tout à fait respecté ce n'est pas très grave car l'oscilloscope restera toujours utile pour voir la forme et l'amplitude "globale" des signaux. Même s'il est un peu usagé, il reste un auxiliaire très précieux.
- qualité des contacts et de la mécanique générale : bougez un petit peu (sans forcer) la connectique de la ou des entrées sur lesquelles sont reliées les sondes : la courbe à l'écran ne doit pas bouger. Si elle bouge c'est qu'il y a un mauvais contact et ça c'est très embêtant. De même et toujours sans s'exciter comme un poireau qui vient de comprendre qu'il allait passer à la casserole, manipulez les divers interrupteurs, commutateurs et potentiomètres de la face avant. Les courbes doivent suivre sans trop tressauter. Il n'y a rien de plus pénible que de voir une trace qui bouge sans arrêt à l'écran à cause d'un mauvais contact ou d'un potentiomètre encrassé. N'oubliez pas de tester les réglages de position horizontale et verticale (offset) de la ou des courbes.
- alimentation secteur : vérifier à l'arrière de l'appareil s'il y a un commutateur de tension d'entrée. Si oui, privilégier la position 230 V à la position 220 V (bien sûr, surtout pas la position 110 V si elle existe).
- détail si vous avez le temps de voir ça avec le vendeur : allumez l'appareil et laissez-le en chauffe pendant 5 minutes, puis commencez vos vérifications. Laissez ensuite l'appareil une trentaine de minutes sans y toucher et remettez le couvert des tests. Le comportement global doit être le même.
Avant de vous tourner vers un oscilloscope analogique d'occasion à 150 euros, sachez tout de même qu'on trouve des oscilloscopes analogiques neufs pour environ 200 euros (1 voie) ou 300 euros (2 voies), et des oscilloscopes numériques 2 x 40 MHz autonomes à environ 400 euros...

Multimètre


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S'il est un appareil absolument indispensable à celui qui bricole, c'est bien le multimètre !

Impédance d'entrée
Elle est en générale supérieure à 1 MO pour les appareils numériques, elle peut être de l'ordre de 20 kOhms / V pour les appareils analogiques.

Analogique ou numérique ?
J'en vois qui sourient... Pourtant, si vous faites des mesures avec un multimètre numérique sur une réalisation audio faible niveau (préampli à grand gain par exemple), il se peut que vous entendiez des bruits bizarres au moment où vous effectuez la mesure sur ladite réalisation. Ce bruit est provoqué par le convertisseur numérique / analogique du multimètre (pourtant alimenté par pile n'est-ce pas), et peut dans certains cas se révéler plutôt gênant. Dans ce contexte, un appareil analogique perturbera moins votre réalisation. Autre raison d'utiliser un appareil analogique : le contrôle de petites variations de tensions ou de courants, ou évaluation d'une tendance. Choses quasiment impossible à obtenir avec un appareil numérique. Autre avantage du multimètre analogique : celui de la mesure de hautes tensions sur une source présentant une impédance de sortie très élevée. Exemple avec un appareil numérique doté d'une impédance d'entrée de 1 MO sur calibre 2000 V, comparé avec un appareil analogique doté d'une impédance d'entrée de 40 MO sur calibre 2000 V. A votre avis, lequel des deux appareils va afficher la valeur la plus juste ?

Calibres automatiques
Si vous optez pour un multimètre numérique doté de calibres automatiques, assurez-vous de pouvoir débrayer le mode automatique et passer en mode manuel. Le mode automatique peut être pratique quand on ne sais pas trop dans quelle fourchette de valeurs le paramètre à mesurer va se trouver. Mais il peut se révéler très pénible pour certaines mesures. Je peux citer en exemple l'impossibilité potentielle de faire certaines mesures de tension sur des sources ne pouvant débiter que quelques uA (exemple : mesure d'une tension délivrée par une led quand elle est éclairée, j'ai eu ce problème de mesure avec deux multimètres différents). Et je ne parle même pas du temps suplémentaire que l'appareil met avant d'afficher la valeur que l'on attend. Pour une mesure unique, ça passe, mais pour une série de mesure, c'est assez casse-pied.

Fonction Test diode et Test transistor
Il s'agit de fonctions bien pratique pour celui qui veut dépanner un montage électronique. La présence de telles fonctions de test n'est pas primordiale, mais je les conseille, même si les mesure sont parfois faite un peu à la légère (mesure du gain d'un transistor avec une seule valeur du courant de base, par exemple).

Alimentation de laboratoire


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Il existe tellement d'alimentations de laboratoire ! Pas facile de faire la différence entre une alim de labo "sérieuse et robuste" et une alim de labo "grand public". Que peut donc valoir une alimentation de laboratoire ajustable de 0 à 30 V / 1 A avec affichage numérique pour 30 euros ? Peut-être pas ce qu'on est en droit d'attendre d'une (très) bonne alimentation. Mais si cette alimentation suffit pour des petits montages de débutants, pourquoi pas ? Pour ma part, j'attache une importance particulière aux points qui suivent.

Limitation de courant
C'est tellement pratique et tellement sécurisant, de pouvoir brancher une alimentation sur un montage dont on n'est pas trop sûr, et de ne pas devoir se tenir éloigné, le bras tendu sur l'interrupteur... Sérieusement, c'est le genre de fonction que votre alimentation doit absolument posséder. Surtout si vous êtes amené à concevoir ou à dépanner souvent un appareil électronique. Vous voulez faire vous-même une alim de ce genre ? Je vous conseille le régulateur L200, pas cher et capable de monter à 2A (exemple de mise en oeuvre). Si vous possédez déjà une alimentation mais que cette dernière ne possède pas de circuit de limitation de courant, vous pourrez en ajouter un externe, ce n'est pas très compliqué à faire (exemple).

Facilité et rapidité de réglage
La tension de sortie doit pouvoir être ajustée à la valeur de sortie désirée, avec un potentomètre rotatif (oubliez les alim à commandes numériques avec bouton Plus et Moins, c'est vraiment horrible).

Tenue correcte sur les pointes de courant élevées
La réactivité de l'alimentation sur des appels de courants brefs (aux fréquences faibles comme aux fréquences élevées) n'est pas évidente à évaluer si on n'est pas équipé pour faire ce genre de mesure. On doit donc se contenter de ce que dit le fabricant dans le descriptif de son produit, et s'en passer s'il ne dit rien. Une alimentation "légère" peut se comporter moins bien sur les appels de courant quand il fait 35 degrés dans la pièce, à cause de la marge de sécurité plus rapidement atteinte.

Capacité en courant
Attention aux valeurs annoncées par certains constructeurs. Certaines alimentations sont données pour pouvoir débiter un courant max, mais la valeur max n'est pas toujours vraie pour les faibles tensions de sortie. Si l'alimentation est de conception simple, la tension en amont du circuit de régulation est toujours à son maximum, et une tension de sortie réglée à une faible valeur va occasionner une forte dissipation thermique au circuit de régulation, limitant ainsi rapidement le courant qu'il pourra fournir. Certaines alims sont ainsi spécifiées comme capables de sortir le courant max... mais sur une durée ne dépassant pas 8 heures (bien entendu, sans même parler de la température ambiante). Autant dire que cette alim doit impérativement être boudée.

Sortie symétrique (double)
Si vous pratiquez l'audio, votre alimentation doit délivrer deux tensions de sortie : une négative et une positive. Si les deux sorties sont symétriques avec point commun, c'est déjà très bien. Mais si les deux sorties sont flottantes, c'est à dire complètement isolées l'une de l'autre, c'est encore mieux, car vous pourrez alors les monter en série ou en parallèle et répondre ainsi à plus de besoins (en série pour une tension plus élevée, ou en parallèle pour un courant max plus élevé). Sachez cependant qu'un petit montage simple permet de disposer d'une sortie symétrique à partir d'une alim à sortie simple, vous pouvez donc dans un premier temps vous contenter d'une alim simple et lui ajouter cette "option" par la suite (exemple de symétriseur de tension).

Faire soi-même sa propre alimentation ?
Oui, pourquoi pas ? On peut parfaitement envisager la réalisation d'une alimentation, avec deux orientations possibles :
- soit l'alimentation restera à demeure dans une réalisation donnée (une console de mixage par exemple),
- soit l'alimentation servira à tester de nouvelles réalisations (alim de labo).
Quelle(s) tension(s) ? Tout dépend du type de réalisation que vous envisagez. Si vous touchez souvent aux circuits audio, nul doute qu'une alimentation symétrique de +/15 V vous sera plus qu'utile. Si vous touchez plutôt aux circuits logiques, vous serez heureux d'avoir à disposition des tensions fixes de 3,3 V et 5 V (circuit logiques TTL programmables ou non) ou encore 12 V (tension acceptée par les circuits logiques CMOS). J'ai pour ma part construit à mes débuts, un boîtier d'expérimentation qui comportait plusieurs alimentations (toutes isolées les unes des autres) :

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Avec le temps et principalement à cause de son encombrement, je l'ai un peu délaissée, au profits d'alimentations "plus simples". Si vous êtes touche-à-tout, je vous suggère l'acquisition ou la construction d'une alim disposant de trois tensions de sortie -15 V, +15 V et +5 V.

Générateur de test (BF et plus ou moins HF)


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Le générateur BF est un outil génial quand on travaille dans l'audio. Dans certains cas, un simple petit oscillateur sinusoidal d'appoint (que vous pouvez fabriquer vous-même, voir par exemple la page Générateur audio 007) peut parfaitement suffire pour "tracer" le chemin du signal BF dans un montage, et repérer ainsi là où ça cloche. Pas besoin d'avoir dans ce cas un signal très pûr, le plus important est qu'il puisse être entendu. Si le but est de faire des mesures, il faut alors un générateur plus sérieux, qui délivre au moins les formes d'onde sinusoidale, triangulaire et rectangulaire. Le signal de forme triangulaire permet d'apprécier visuellement (sur écran d'oscilloscope) les distorsions faibles, mieux qu'avec un signal sinusoïdal. Mais avec un signal sinusoïdal, on peut faire des mesures de distorsion précises avec un filtre supprimant (ou réjectant fortement) la fréquence fondamentale et en regardant ce qui reste (si très peu de distorsion, il ne doit pas rester grand chose dans les harmoniques). Un signal carré quant à lui permet d'apprécier pas mal de choses, tel que temps de montée, suroscillations ou "trainées". Attention à certains générateurs BF de type "analogique" avec affichage "numérique" de la fréquence. Certains sont instables à souhait (j'en ai acheté un que j'ai du renvoyer dans la foulée, tellement il était décevant de ce point de vue là) ! Préférez un générateur synthétisé (DDS, Direct Digital Synthesis) pour lequel la fréquence de sortie est vraiment égale ou très proche de celle qu'on attend, si sa stabilité est très importante pour vous (à vérifier tout de même : le pas de réglage sur les différentes gammes, parfois on ne peut pas disposer de certaines valeurs de fréquence). Pour vérifier un étage d'amplification BF, la stabilité de la fréquence n'est pas un point critique, mais elle le devient pour une annulation de porteuse avec un modulateur FM (cas particulier, il est vrai). Je possède pour ma part plusieurs générateurs BF de "qualités" diverses, purement analogiques ou à synthèse numérique. Chacun a sa place dans mon labo, même s'il est vrai que mon plus récent (Rigol DG4062) sert désormais plus souvent que les autres (malgré son agaçant bruit de ventilateur, paramètre oublié dans les caractéristiques techniques du fabricant).

Pinces crocodile et pointes de touche

Indispensables ! Ne mégotez pas sur le prix, il vous en faut de bonne qualité si vous ne souhaitez pas être trop rapidement embêté par des faux contacts. Très pratique pour se reprendre sur la masse d'un appareil sous contrôle ou en dépannage. Les pinces crocos seront de préférence doté d'un capuchon isolant en plastique, on fait vite des courts-circuits quand on dérappe.

Analyseur de spectre


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L'analyseur de spectre est un outil réellement génial, mais hors de prix ! J'ai eu la chance de pouvoir en récupérer un pour pas grand chose, il présente certes quelques défauts mais il me rend service de temps en temps. Il faut avouer que ce n'est pas l'appareil du débutant par excellence, et je ne vois pas trop ce qu'il vient faire sur cette page... à moins que vous n'envisagiez la construction d'un analyseur de spectre à leds. Ceci dit, l'analyse spectrale s'est bien démocratisée sur les oscilloscopes numériques, même sur ceux d'entrée de gamme. Mes petits oscilloscopes portables Picoscope 2205 et 3204 offrent un outil d'analyse et visualisation spectrale de façon native ! Et cette tendance s'étend sur les oscilloscopes numériques (certaines fois sous forme d'option vendue fort cher).