Quand utiliser l'AC Coupling sur un Oscilloscope ?

Contrairement aux idées reçues, l'AC Coupling ne s'utilise pas lorsque l'on a un signal alternatif! Cela peu conduire à des erreurs de mesures!

Le mode DC Coupling est celui activé par défaut sur tous les oscilloscopes, il y a une bonne raison.

SI vous avez un doute ALORS utilisez le DC Coupling

Remarque: cet article est très largement inspiré de la publication de Daniel Bogdanoff when to use AC Coupling on your oscilloscope . Un article vraiment génial qui m'a donné l'envie d'en rendre le contenu accessible auprès des Maker francophone.

Pourquoi existe t'il un AC Coupling?

L'option de couplage AC Coupling/DC Coupling est généralement accessible par l'intermédiaire d'un menu (cas pour KeySight et pour Rigol).

L'AC Coupling permet de visualiser un signal alternatif en filtrant la composante continue.

Imaginons que nous avons un signal alternatif oscillant entre 19.5V et 20.5V, soit 1V AC avec une offset de +20V CC (une composante continue de 20V).

Le problème dans un tel cas de figure, c'est qu'il faut sélectionner une échelle de 5 ou 10V/div et que l'on perd énormément en résolution... difficile d'évaluer la tension au 1/10 de volts avec une telle échelle.

En passant AC Coupling, l'oscillo va filtrer la composante continue, ce qui aura pour effet de retenir uniquement la composante alternative qui elle sera affichée.
Le signal va donc osciller entre -0.5 et +0.5V. Il devient alors possible d'utiliser une résolution de 0.2V/div.
On gagne en résolution sur l'écran et en sensibilité au niveau électronique de l'oscilloscope pour l'acquisition du signal (un oscilloscope n'a pas la même sensibilité à 10V/div qu'à 0.5V/div).

C'est exactement le même problème si vous voulez inspecter le bruit/ondulation sur le rail 12V d'une alimentation. Le bruit est de l'ordre de quelques mV pour une tension de 10+ Volts (soit un rapport de 10000). En passant en AC Coupling, la composante continue est filtrée et il sera possible de se concentrer sur l'ondulation/bruit de l'alimentation.

Attention au piège!

J'ai volontairement employé le verbe "filtrer" et non "enlever"... c'est parce qu'il y a une subtilité!

Que ce passe t'il en AC Coupling ?

En DC coupling, l'oscilloscope capture toutes les fréquences du signal (entre 0 et 20+Mhz)... l'oscillo voit tout, entend tout et affiche tout! (dans les limites de ses spécifications et celle de la sonde bien entendu).

Lorsque l'on active l' AC Coupling sur un canal, l'oscilloscope active un filtre passe-haut avec une fréquence de coupure de 10Hz (parfois 5 Hz en fonction du fabriquant comme Rigol série 1000).

Toutes les fréquences < 10Hz sont atténuées par le filtre tandis que toutes les fréquences > 10Hz passent au travers du filtre et atteignent l'électronique de mesure.

On considère généralement la fréquence de coupure à -3dB (soit 10 Hz)

Seulement voila, il s'agit de filtres matériels!
Un filtre matériel n'a pas de réponses parfaite du genre 10Hz moins un chouia = rien ne passe, 10 Hz plus un chouia = tout passe!

L'atténuation progressive

Voici un signal 1V crête à crête à 10 Hz. En couplage continu (DC Coupling), l'oscilloscope affiche le signal comme attendu.

Mais si on active le couplage AC (AC Coupling) alors l'atténuation commence à se mettre en place et la tension de 1Vpp est atténuée à 0.683 V

Maintenant, si l'on abaisse sensiblement la fréquence, le signal sera atténué de plus en plus rapidement.
Si vous disposez d'un générateur de signal, il s'agit d'un exercice très intéressant à réaliser... car rien ne vaut l'expérience (pour rappel fréquence de coupure 10Hz en général et 5Hz sur Rigol).

Quand utiliser l'AC Coupling ?

Comme expliqué en début d'article, lorsque vous voulez filtrer la composante continue d'un signal alternatif.

Mais attention, le signal résiduel doit avoir une fréquence significativement plus élevée que la fréquence de coupure du filtre passe haut.

Voici par exemple un rail d'alimentation 5V présentant une légère ondulation.

En tripatouillant les paramètres d'affichage (et décalant la courbe vers le bas), il doit être possible d'avoir une meilleure vue du signal... mais cela n'est quand même pas top (comme le montre la capture ci-dessous).

En utilisant les curseurs de l'oscilloscope, il est déjà possible de se rendre compte que le signal ondule a 1 KHz avec une amplitude grossière de 100 à 200mV (voir en bas de la capture).

C'est tout béni pour l'AC Coupling --> Donc passons en AC Coupling.

Comme vous pouvez le voir dans la capture ci-dessous, il est alors possible de réduire la résolution à 10mV/div et Boom! Voila que les informations deviennent nettement plus intéressantes... et surtout plus précises!

Quand ne pas utiliser l'AC Coupling ?

Déjà quand vous mesurez un signal AC n'ayant pas de composante continue!

Par exemple le signal du 50Hz du réseau électrique (attention à bien utiliser un isolateur dans ce cas!)

Evitez aussi de mesurer des signaux ratissant large dans la gamme de fréquence (comme des flans montants ou descendants) car ils seront déformés de façon significatifs.

Par définition, un flan montant (ou descendant) est un signal à une fréquence infinie et ceux là passent bien dans le filtre.

Par contre, le signal au niveau haut (ou niveau bas) correspond à la somme de fréquences de 0 à l'infini (pour essayer d'avoir quelque chose de bien plat). En couplage AC les basses fréquences en seront éliminés par le filtre passe haut, ce qui explique cette forme un peu bizarre qui pourrait aussi vous induire en erreur.