Oscilloscopio Rappresentazione dell andamento temporale di tensioni

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Bruno Colonna
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1 Oscilloscopio p.1/35 Oscilloscopio Rappresentazione dell andamento temporale di tensioni

2 % &. # - 0. / # ' * $ % & % ) "! $ ' Oscilloscopio p.2/35 Tubo a raggi catodici ' ' ' ' ' ' '

3 ! ' %& Controlli fondamentali - Sensibilità del t.r.c.: date le dimensioni dello schermo si ha normalmente la necessità di amplificare la tensione - segnali diversi richiedono amplificazione in misura diversa regolazione della sensibilità V/div) 1 AC) 2 DC) $ "# + *) disattivazione canale posizione verticale: invio di segnale nullo) - Resistenza d ingresso.-0/ o ) Oscilloscopio p.3/35

4 ! $ &# % $ # " + * *) * *) * *) Accoppiamento AC/DC Controlli fondamentali 2)! - possibilità di regolare la durata della scansione orizzontale base dei tempi: - necessità di rinfresco dell immagine sec/div - la scansione orizzontale è pilotata in modo ripetitivo ' ' p. es.:) Oscilloscopio p.4/35

5 Sincronizzazione della scansione orizzontale Oscilloscopio p.5/35

6 Sistema di trigger - trigger: segnale di sincronismo; - generato da apposito circuito a soglia); - la soglia e il segno della pendenza) sono selezionabili dall utente; - il segnale di trigger può essere inviato dall esterno. Oscilloscopio p.6/35

7 Altri controlli Controllo dell asse : - possibilità di spegnere il pennello elettronico durante il flyback); - possibilità di intensificare la traccia. - messa a fuoco Oscilloscopio p.7/35

8 Oscilloscopi a doppia traccia - Replica dei circuiti di condizionamento del segnale: 1 AC) 2 DC) Y 1 AC) 2 DC) Y - e commutatore per il pilotaggio dell amplificatore verticale - oppure doppio pennello elettronico e due coppie di placche per la deflessione verticale più costoso e poco frequente). Oscilloscopio p.8/35

9 Oscilloscopio p.9/35 Osc. doppia traccia - modalità di visualizzazione A B - modalità alternate A B A B * *) * *) * *) * *) modalità chopped

10 Sonde per oscilloscopi puntale: tc tf - tc: terminale caldo +) - tf: terminale freddo riferimento) lato connettore: c v - v: vite per la compensazione; - c: connettore BNC Oscilloscopio p.10/35

11 Oscilloscopio p.11/35 Sonde compensate - La sonda è un attenuatore compensato ad attenuazione variabile); es.: 1:10: -0/ -0/ -0/ 4-0/ -0/ -0/ 4!!#" $ & %

12 Oscilloscopio numerico Schema di principio: Schumann s folly) - attenuazione/amplificazione; - campionamento S/H) e conversione A/D; - memorizzazione dei campioni visualizzazione ATT. ATT. AMPL. S/H A-D MEM. AMPL. S/H A-D MEM.... DISPLAY Oscilloscopio p.12/35

13 Modalità di scansione Scansione vettoriale MEMORIA D-A Y CRT X oscill. contr. Oscilloscopio p.13/35

14 Modalità di scansione Scansione raster in realtà scansione per semiquadri) Oscilloscopio p.14/35

15 Scansione raster La soluzione... Altre operazioni sui segnali: x MEMORIA PROC. NUM. y z DISPLAY svolte dal processore in modo numerico via software) - autoscale duty-cycle - - medie su -... FFT... acquisizioni v. osc. analogico) Oscilloscopio p.15/35

16 Campionamento * Processo di conversione di una porzione record) di segnale in un numero di valori discreti con lo scopo di memorizzarli elaborarli visualizzarli ecc. * il valore del campione corrisponde all ampiezza del segnale nell istante di campionamento. Oscilloscopio p.16/35

17 Campionamento e alias percettivo Oscilloscopio p.17/35 Rappresentazione dei soli punti acquisiti Difficoltà a riconoscere la forma d onda:

18 Alias percettivo Gli stessi campioni possono dare luogo a rappresentazioni diverse dipendentemente p. es.) dalla scala Oscilloscopio p.18/35

19 Interpolazione lineare) Congiunge i punti temporalmente) consecutivi con un segmento) Oscilloscopio p.19/35

20 Interpolazione Interpolazione = aggiunta di punti nella traccia oltre a quelli derivanti dal campionamento). Come ricostruire la curva quanto più fedelmente possibile? Oscilloscopio p.20/35

21 Oscilloscopio p.21/35 - Interpolazione Formula di Nyquist: - media pesata dei campioni con funzione peso:

22 ricostruzione in un istante diverso Interpolazione Oscilloscopio p.22/35

23 Oscilloscopio p.23/35 Interpolazione - l algoritmo di Nyquist è pesante - e impossibile da implementare rigorosamente) altri algoritmi di interpolazione: - è una diversa funzione peso.

24 Teorema del campionamento camp. - : min 2 campioni/periodo - onda quadra: min 2 campioni per ogni periodo della max componente spettrale che deve essere correttamente rappresentata ricostruita). camp. altro algoritmo qualità della ricostruzione dipendente dalla forma del segnale - Intensified Samples: Oscilloscopio p.24/35

25 ) ) Memoria dati / - maggiore profondità profondità grande; - memoria ricircolante; - memoria veloce; / - parametro di merito di un oscilloscopio; larghezza MEM campioni PROC NUM MEM video DISPLAY Oscilloscopio p.25/35

26 Campionamento in tempo reale - avviene alla massima frequenza di campionamento possibile - segnale acquisito continuamente; - anche segnali non ripetitivi transitorii... - l evento di trigger determina l invio al display; - visualizzazione per tempi negativi delay) tr. - differenze con o.a. - possibilità di visualizzare il segnale prima di una sua) anomalia - istante di trigger indicato sul display T...) Oscilloscopio p.26/35

27 Circuiti di campionamento - frequenze di campionamento dell ordine del gigahertz ) - digitalizzatori per massimo) canali canali digitalizzatori max vel. attivi /canale acquisizione GSa/s GSa/s Esempio: 2 canali disponibili 1 canale attivo COND S/H ADC1 ADC2 MEM Oscilloscopio p.27/35

28 Campionamento in tempo equivalente - Solo per segnali ripetitivi - I campioni del segnale vengono prelevati in periodi diversi - simula una frequenza di campionamento più alta di quella effettiva estendendo la banda dello strumento! la tecnica non funziona con segnali sporadici Oscilloscopio p.28/35

29 Conversione a campionamento Il segnale ha frequenza apparente più bassa Oscilloscopio p.29/35

30 - Soglia come nell O. Analogico) Modalità di trigger La presenza del processore numerico consente di riconoscere altri eventi di trigger: - Impulsi con particolari caratteristiche glitch) stays high/low) width) - condizioni logiche tra gli ingressi -... Oscilloscopio p.30/35

31 Oscilloscopio Digitale Principali differenze rispetto all O.A. - campionamento del segnale; - conversione in digitale e memorizzazione; - necessità di ricostruire il segnale; Possibilità offerte - visualizzazione di segnali non periodici memoria); - tempi negativi ); - operazioni sui segnali; - eventi di trigger più complessi; -... Oscilloscopio p.31/35

32 Trigger campionamento e visualizzazione - L istante di trigger generalmente non coincide con un istante di campionamento - La frequenza di campionamento non è generalmente multipla di quella del segnale trigger level input signal - necessità di misurare il tempo tra il trigger e l istante di campionamento. sampling pulses trigger pulses Oscilloscopio p.32/35

33 Trigger campionamento e visualizzazione - La misura permette di posizionare correttamente i valori del segnale lungo l asse dei tempi. - La misura è resa possibile da un segnale di clock a frequenza molto elevata contatore) elevata migliore risoluzione temporale. - Possibilità di jitter o ispessimento della traccia per distanze temporali dello stesso ordine del periodo di clock interpolatore di trigger ) tr. camp. ) Oscilloscopio p.33/35

34 Conversione a campionamento + - campioni/periodo servono campioni per ottenere un periodo - periodo apparente: - frequenza apparente: - equivale a una traslazione in frequenza in basso) di entità tanto maggiore quanto più grande è. Oscilloscopio p.34/35

35 Campionamento in tempo equivalente casuale): clock interno opera in modo asincrono rispetto al trigger dunque i campioni vengono acquisiti in istanti a caso rispetto al trigger campioni acquisiti continuamente e visualizzati secondo la distanza temporale tra campione e trigger frequenza di campionamento non costante modulata in modo aleatorio trama fitta interpolazione generalmente inutile! lungo tempo di acquisizione per segnali lenti! misura del ritardo rispetto all evento di trigger Oscilloscopio p.35/35

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