L oscilloscopio consente di visualizzare forme d onda

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1 Oscilloscopi L oscilloscopio consente di visualizzare forme d onda Più in generale è un dispositivo che visualizza una qualunque funzione di 2 variabili. Per fare ciò esse devono essere (o essere trasformate in) tensioni elettriche. Nell uso più comune l oscilloscopio visualizza sullo schermo l andamento in funzione nel tempo (asse X) di una tensione elettrica (asse Y). A volte l intensità del display è detta asse Z. 1

2 Oscilloscopi Il grafico rappresentato sullo schermo dell oscilloscopio consente di effettuare misure e di fornire molteplici informazioni su: Forma del segnale Tensioni ( correnti): si può misurare la differenza tra tensione massima e minima ovvero l escursione picco-picco del segnale Periodi delle forme d onda ( frequenze) Differenze temporali DT legate a differenze di fase DF Si possono individuare la presenza di disturbi e rumore, la presenza di una componente continua o di una alternata sovrapposte in un segnale 2

3 Principio di funzionamento La traccia ottenuta sullo schermo dipende da due fattori: il movimento di un punto sullo schermo e la persistenza dell immagine sulla retina dell occhio. Lo spostamento del punto è il risultato di due movimenti, uno lungo l asse orizzontale, prodotto da una tensione periodica a dente di sega, l altro lungo l asse verticale, prodotto dal segnale all'ingresso. Pertanto se il segnale in ingresso è periodico ed è garantita una sincronizzazione tra i due segnali Y e X si ottiene come risultato l andamento della tensione nel dominio del tempo. L impedenza di ingresso degli oscilloscopi è di 1 MW per frequenze <1 khz. Per frequenze superiore comincia a diventare importante la capacità di ingresso dell oscilloscopio in parallelo a quella delle sonde (100 pf) e quindi diminuisce. Gli oscilloscopi si suddividono in 2 categorie: digitali ed analogici. Quelli analogici utilizzano direttamente tensioni variabili Quelli digitali lavorano con numeri binari che rappresentano campioni di tensioni. 3

4 Oscilloscopi analogici L oscilloscopio analogico funziona applicando direttamente la tensione del segnale che si vuole misurare a placche di deflessione orizzontali che agiscono su un fascio di elettroni che viene visualizzato incidendo su uno schermo fosforescente Ys d V d V a L D L s V d 2V d = a Y L D s D L = + 2 L s 4

5 Oscilloscopi analogici L elemento principale è il tubo a raggi catodici nel quale è fatto il vuoto spinto in cui si muove un fascio di elettroni generato per effetto termoelettrico nel cannone elettronico. Il pennello elettronico dopo essere stato focalizzato da un sistema di lenti elettrostatiche, attraversa delle placche di deflessione verticali ed orizzontali e raggiunge uno schermo fluorescente su cui è visualizzato da uno spot luminoso. Tra il catodo, che corrisponde al cannone elettronico, e l anodo posizionato verso lo schermo, è applicata una d.d.p. di circa 15 kv in continua. 5

6 Oscilloscopi analogici Applicando alle placche di deflessione orizzontale un segnale elettrico a dente di sega, il pennello elettronico viene deviato da sinistra a destra e, una volta arrivato all estrema destra, ritorna rapidamente a capo e così via, determinando sullo schermo l immagine di una riga luminosa orizzontale. 6

7 Oscilloscopi analogici 7

8 Oscilloscopi analogici 8

9 Oscilloscopi analogici: comandi Il segnale da esaminare è applicato all ingresso Y e un deviatore permette di scegliere fra 3 opzioni: DC per una connessione diretta che consente la visione del segnale integralmente AC per una connessione tramite condensatore che consente di vedere soltanto la componente alternata GND per la verifica del livello di riferimento di massa La manopola VOLT/DIV regola a scatti la posizione di un attenuatore e il guadagno dell amplificatore verticale (non muovere MAI la manopola VARIABLE che è usata per calibrazioni). Un altra manopola, Y POS, anch essa agente sull amplificatore verticale, regola il livello di riferimento verticale del segnale sullo schermo. La frequenza dell OSCILLATORE A DENTE DI SEGA, applicata alle placche di deflessione orizzontale, è regolata a scatti, da una manopola TIME/DIV che consente di visualizzare segnali di diversa frequenza. La posizione orizzontale del segnale sullo schermo è regolata da una manopola X POS 9

10 Oscilloscopi analogici: comandi Il circuito di TRIGGER svolge il compito di sincronizzare il dente di sega con il segnale d ingresso consentendo di avere una immagine ferma sullo schermo e permettendo la scelta dell istante d inizio dell immagine. La manopola INTENSITY agisce sul potenziale del cannone elettronico fino a interdire il pennello elettronico che riducendosi di intensità rende meno luminoso lo schermo o viceversa. La manopola FOCUS agisce invece sul potenziale della lente elettrostatica consentendo una migliore messa a fuoco dell immagine sullo schermo. La formazione dell immagine sullo schermo è dovuta all applicazione del segnale all amplificatore verticale mentre il dente di sega deflette il pennello in orizzontale. Quanto detto è riferito ad un solo canale dell oscilloscopio. Per gli oscilloscopi a più canali il cannone elettronico è unico e alternativamente determina due tracce sullo schermo descrivendone prima una e poi l altra senza che l occhio, per la rapidità con cui ciò avviene, se ne possa accorgere. Mediante la manopola MODE o TRACE si può visualizzare solo un canale (CH1 o CH2, A o B), BOTH o A&B consente di visualizzare entrambe, ADD (+ fa la somma, - la differenza dei canali) 10

11 Oscilloscopi analogici: comandi In modo ALTERNATE viene visualizzata alternativamente una scansione di un canale e poi dell altro (per segnali ad alta frequenza). In modo CHOPPED nella stessa scansione viene visualizzato un segmento di traccia di un canale e un segmento dell altro velocemente e alternativamente (per segnali a bassa frequenza) XY consente di visualizzare CH2 su asse y (CH1 è sull asse x) TRIGGER LEVEL: la traccia corrispondente ad una forma d onda non sincronizzata col livello di trigger appare come sovrapposizione confusa di più tracce. Si seleziona il TRIGGER SOURCE (sorgente del trigger): CH1 o CH2 (generalmente si sceglie il canale con ampiezza maggiore per regolare il TRIGGER LEVEL). TRIGGER MODE (modo del trigger): AUTO: la scansione della traccia parte automaticamente anche se la forma d onda non èpresente NORM: la scansione parte solo quando la forma d onda è perfettamente sincronizzata ( triggerata ) SLOPE (pendenza): seleziona su quale fronte (salita o discesa) triggerare la forma d onda 11

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13 Oscilloscopi digitali 10. La lettura indica l impostazione della base principale dei tempi. 11. Le letture indicano i fattori di scala verticali dei canali. 13. Punti di riferimento di massa delle forme d onda visualizzate. 13

14 Oscilloscopi digitali: comandi CH 1, 2 e POSIZIONE CURSORE 1 e 2 Consentono di posizionare verticalmente le forme d onda. Queste manopole consentono di posizionare i cursori quando questi vengono attivati e viene visualizzato il relativo menu. MENU CH 1, CH 2 Consentono di visualizzare le selezioni di menu dei canali di ingresso e di attivare o disattivare la visualizzazione del canale. VOLTS/DIV (CH 1, CH 2) Consentono di selezionare i fattori di scala calibrati. MENU OPER. MAT Consente di visualizzare il menu delle operazioni matematiche sulla forma d onda e può essere utilizzato anche per attivare o disattivare la forma d onda matematica. 14

15 Oscilloscopi digitali: comandi POSIZIONE Consente di regolare la posizione orizzontale di tutti i canali e delle forme d onda matematiche. La risoluzione di questo controllo varia secondo la base tempi. MENU ORIZZONTALE Visualizza il menù orizzontale. SEC/DIV Consente di selezionare il tempo per divisione, cioè il fattore di scala orizzontale per la base tempi principale o della finestra. Quando si è abilitata la Zona finestra, consente di selezionare la larghezza di tale finestra modificandone la base tempi. 15

16 Oscilloscopi digitali: comandi LIVELLO e HOLDOFF Come controllo di livello di trigger fronte, esso imposta il livello di ampiezza che il segnale deve attraversare per causare un acquisizione. Come controllo di holdoff (ritenuta), esso imposta l intervallo di tempo prima che un altro evento di trigger possa essere accettato. MENU di TRIGGER. LIVELLO al 50%. Il livello di trigger è impostato sul punto verticale intermedio tra i picchi del segnale di trigger. FORZA il TRIGGER. Avvia un acquisizione indipendentemente dalla presenza o meno di un adeguato segnale di trigger. VISUALIZZA TRIGGER. Visualizza la forma d onda di trigger invece della forma d onda del canale finché il pulsante VISUALIZZA TRIGGER è tenuto premuto. 16

17 Oscilloscopi digitali: comandi SALVA/RICH: visualizza il menù di salvataggio/richiamo per le impostazioni e le forme d onda. MISURE: Visualizza il menù delle misure automatizzate. ACQUISIZ: Visualizza il menù di acquisizione. DISPLAY: Visualizza il menù di visualizzazione. CURSORI: Visualizza il menù dei cursori. UTILITY: Visualizza i menù di utility. AUTOSET: Imposta automaticamente i controlli dello strumento in modo da produrre una visualizzazione utilizzabile del segnale di entrata. STAMPA: avvia le operazioni di stampa (modulo esterno) ACQ/STOP: Avvia ed interrompe l acquisizione della forma d onda. 17

18 Misure fondamentali con l oscilloscopio Misura della tensione piccopicco e del periodo/frequenza 18

19 Misure fondamentali con l oscilloscopio Misura dello sfasamento tra due segnali 19

20 Misure fondamentali con l oscilloscopio Misura dei parametri tipici di un impulso Rise time (tr): l intervallo di tempo durante il quale l ampiezza dell impulso in uscita varia dal 10% al 90% del valore massimo. Fall time (tf): l intervallo di tempo durante il quale l ampiezza dell impulso in uscita varia dal 90% al 10% del valore massimo. Pulse width (tw): intervallo di tempo tra 2 valori dell impulso d uscita pari al 50% del valore massimo. Time delay (td): intervallo di tempo fra l inizio dell impulso d uscita ed il 10% del massimo valore dell impulso d uscita. Tilt : misura della caduta della porzione superiore dell impulso d uscita Tilt%=A/B * 100% Overshoot : misura di quanto dell impulso d uscita eccede la porzione superiore dell impulso d uscita. Overshoot %=C/D * 100% 20