Oscilloscope

Principe :
Dans un tube, on réalise un vide poussé. Avec un canon à électrons, des électrodes accélératrices et de focalisation, on fabrique un pinceau d'électrons monocinétiques de vitesse horizontale V_x. La tension d'accélération étant de l'ordre de 2 à 3 kV, le théorème des forces vives appliqué à l'électron (½mv² = qV) montre que cette vitesse est de l'ordre de 3.10⁷ m/s.
Ces électrons pénètrent dans un condensateur plan vertical selon l'axe de celui-ci.
La tension U appliquée entre les deux plaques crée un champ électrique horizontal E. L'influence de la pesanteur est négligeable devant l'effet du champ électrique. Par contre il faut protéger le tube de l'influence du champ magnétique terrestre par un blindage.
Le champ électrique E soumet les électrons à la force horizontale f = qE. Cette force communique aux électrons une vitesse V_y = q.E.t/m mais ne modifie pas V_x : à l'intérieur du condensateur, la trajectoire des électrons est parabolique. Quand ils quittent la zone d'influence du condensateur, ils suivent une trajectoire rectiligne et arrivent sur la paroi du tube.

Une couche phosphorescente est excitée au niveau de l'impact du faisceau et émet (avec plus ou moins de rémanence) une lumière visible nommée "spot".
En pratique, la forme des plaques est optimisée pour tenir compte des effets de bord (courbure des lignes de champ) du condensateur.
Si on applique sur les plaques une tension en dents de scie ou rampe, le spot traverse l'écran (en général de la gauche vers la droite) avec une vitesse constante. C'est le balayage. Une électrode spéciale permet d'éteindre le faisceau lors du retour (très rapide) du spot à la fin de chaque balayage.
Comme la sensibilité interne du tube est de l'ordre de 1 V/mm, il est indispensable d'amplifier les signaux à étudier.
On utilise en général un amplificateur symétrique : on applique +V sur le plateau supérieur et ?V sur le plateau inférieur.
Après cette amplification, les signaux sont envoyés sur une seconde paire de plaques (cette fois verticales) qui dévie le faisceau verticalement. Ils apparaissent donc sur l'écran en coordonnées cartésiennes.
L'applet :
En cliquant sur les boutons, vous pouvez visualiser la trajectoire du faisceau dans le tube selon la nature de la tension appliquée sur les plaques du condensateur de déviation. La valeur de la tension continue se règle en déplaçant le curseur du potentiomètre.
Le cartouche situé à droite visualise le spot sur l'écran du tube cathodique.
Le trait vert vertical donne l'amplitude du potentiel appliqué sur le plateau supérieur du condensateur.