Tensioni variabili nel tempo e Oscilloscopio

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1 ensioni variabili nel tempo e Oscilloscopio RIASSUNO: ensioni variabili e periodiche Ampiezza, valor medio, ed RMS Generatori di forme d onda ensioni sinusoidali Potenza : valore medio e valore efficace per V,I Misure di tensioni e correnti alternate con il tester Oscilloscopio: CR e principio di funzionamento Spiegazione del pannello frontale

2 ensioni e corrente variabili Spesso, nella pratica, le tensioni e le correnti all interno di un circuito risultano variabili rispetto al tempo. Se questa variabilità porta informazione, si parla di segnale elettrico. In molti casi, la tensione è semplicemente una funzione periodica del tempo. Se può assumere valori positivi o negativi, si parla allora di tensione o corrente alternata. Quando la tensione non è simmetrica rispetto allo zero, si usa distinguere tra componente continua (uguale alla media della tensione rispetto al tempo) e componente alternata (a media zero).

3 ensioni periodiche Le tensioni periodiche più comuni si distinguono in base alla forma d onda. Si individuano le seguenti caratteristiche: Ampiezza V, Valor medio: V V ( t) dt,valore RMS / Si considerino le seguenti tre (a media nulla): onda sinusoidale: ( t) V cos onda quadra: ( π +ϕ) V ft V / V RMS V V RMS / / V ( t) /f dt t V RMS V onda triangolare: V V RMS V 4 / / V ( t) ξ dξ V dt V 3 / 4 ( V t 4 ) dt V 3

4 Caratteristiche di un generatore di forme d onda Le caratteristiche di un generatore di forme d onda sono: impedenza di uscita: Nei generatori commerciali, di solito 5 Ohm massima tensione in uscita: di solito una decina di volts massima frequenza in uscita: i generatori di fascia media arrivano a qualche MHz. generatori professionali al GHz. stabilità di fase e di frequenza: di quanto cambia la fase in un ora di funzionamento? e la frequenza? dipende dalla temperatura? empi di salita e discesa: in quanto tempo l onda quadra riesce a raggiungere il massimo ed il minimo: dipendono dalla frequenza massima. 4

5 ensioni sinusoidali Le tensioni sinusoidali sono il tipo più comune incontrato nella pratica. I parametri che caratterizzano una tensione alternata sono l ampiezza, la frequenza e la fase. La fase non ha importanza in sé: quelle che importano sono le differenze di fase tra due tensioni della stessa frequenza. La tensione di rete, ad esempio, ha una ampiezza di 3 Volts, ed una frequenza di 5 Hz. Spesso, invece dell ampiezza si preferisce definire l ampiezza picco-picco V PP, che è pari a due volte l ampiezza V l ampiezza efficace V eff, definita come l ampiezza V divisa la radice di. Di solito, quando si parla della tensione di rete, ci si riferisce al valore efficace: Volt significa Volt efficaci. 5

6 Potenza La relazione tra tensione e corrente all interno di una resistenza è: V V I cos f R R ( π +ϕ) Cioè all interno di una resistenza cui viene applicata una d.d.p. sinusoidale, la corrente ha pure un andamento sinusoidale, con la stessa frequenza e la stessa fase. La potenza dissipata è: V W ( t) ( cos( π f + ϕ) ) R Nella pratica, è più utile la potenza V W media dissipata: R Utilizzando invece i valori efficaci (RMS), si ha: W RI V eff I V eff Ieff e Veff R RI 6

7 Misure di tensione e corrente alternata Il tester è in grado di effettuare misure di tensione alternata. I valori misurati sono espressi in Volt efficaci ed Ampere efficaci. Nel caso del tester analogico, per convenzione le boccole e le scale da utilizzare in tensione alternata sono di colore rosso. La scala di lettura è leggermente non lineare. La resistenza di ingresso è molto minore di quella utilizzata nelle misure in continua: 5 Ohm/Volt (per V di fondo scala). Nel caso del tester digitale, non vi sono grosse differenze rispetto al caso continuo. Bisogna notare, però, che la maggior parte dei tester commerciali di basso prezzo non possono misurare correnti alternate, ma solamente tensioni. 7

8 L oscilloscopio L oscilloscopio è lo strumento utilizzato per visualizzare le forme d onda. Esistono, ovviamente, oscilloscopi analogici e digitali. Quelli usati a laboratorio III sono tutti analogici. L ingresso degli oscilloscopi di Lab.III e ad alta impedenza: R in MOhm (in parallelo ad un condensatore da pf) (per avere l ingresso a 5 Ohm bisogna inserire un connettore a con una resistenza in // all ingresso da 5 Ohm) L oscilloscopio analogico funziona prevalentemente su segnali periodici, la visualizzazioni di segnali transienti può presentare alcune difficoltà. Negli oscilloscopi digitali, è presente la memoria: questo vuol dire che il segnale, una volta acquisito, può essere visualizzato con calma in un secondo momento. Gli oscilloscopi digitali spesso sono comandabili via computer. 8

9 CR: Catode ray tube Schema di un tubo a raggi catodici y La posizione x (y) sullo schermo e proporzionale alla d.d.p. applicata sulle placchette di deflessione orizzontale (verticale). 9

10 Schema a blocchi dell oscilloscopio Il segnale di sweep viene applicato al controllo di posizione orizzontale del pennello. Il punto luminoso si muove lungo x con velocità uniforme. L istante in cui parte il segnale di sweep è determinato dal segnale di trigger.

11 Pannello frontale Mandando in ingresso un segnale a gradino, la forma d onda visualizzata ha: tsalita ( ns) f bandwidth 35 ( MHz) In basso, si distinguono i comandi relativi all accoppiamento dei due canali: AC( MOhm), DC( MOhm), massa (GND, in questo caso viene mandato all oscillocpio il rif. di massa) Guadagno (GAIN) in V/divisione (attenzione ai vernier ) In mezzo il selettore per il display: CH,,AL(alternate), CHOP(chopped), ADD(ch+ch), ADD(ch-ch) con INVER su ch Sulla sinistra, le regolazioni dello schermo: Intensita e messa a fuoco della traccia sullo schermo In alto a destra, le impostazioni del trigger: SOURCE: IN(interno), LINE(linea 5Hz), EX(esterno, da fornire un segnale in RIG IN) MODE: AUO, NORM(normale) LEVEL (livello) : se tirato in fuori (PULL) si imposta la pendenza negativa In basso al centro, il selettore del canale su cui triggerare: CH, CH In alto al centro, le impostazioni relative alla scala dei tempi: IME/div (SWP VAR al max. CAL)

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