Alcune misure con l oscilloscopio

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1 Alcune misure con l oscilloscopio 1 Misura delle caratteristiche di un segnale A disposizione: oscilloscopio digitale o analogico sonda breadbord senza saldature con generatore di forme d onda resistori e condensatori cavetti di connessione R0 V 0 V1 2 La base di misura generatore di funzioni ampiezza variabile (scalibrata) Generatore di funzioni frequenza Sinusoidale triangolare quadra 3

2 Oscilloscopio 4 Oscilloscopio 5 Compensazione della sonda 6

3 Compensazione della sonda sovracompensata Onda quadra per compensazione della sonda Ground sottocompensata 7 Oscilloscopio 8 Oscilloscopio 9

4 Misure base esempio della sinusoide Ampiezza V = N ydy D x: Δt/div Dy: ΔV/div T = NxDx Tempo/frequenza Nx Ny visualizzare almeno un intero periodo misura picco-picco (riduce incertezza) traslare sull asse y (far coincidere un max/min con una divisione) misurare fra due passaggi per zero traslare sull asse x (far coincidere uno zero con una divisione) espandere la scala y (maggior pendenza miglior valutazione del passaggio per zero 10 Misure differenziali 1 Ingressi: hanno terminale a massa (sbilanciati). Z1 V CH1 CH1 CH2 V~ Z2 Z3 Se il circuito sotto indagine ha una sua massa, la connessione diretta può falsare la misura, o dar luogo a problemi anche più seri: viene messo a massa uno dei punti del circuito sotto indagine 11 Misure differenziali 2 Ingressi: hanno terminale a massa (sbilanciati). Z1 VCH1 VCH2 CH1 CH2 V~ Z2 Sì Z3 Connessione differenziale Visualizzazione: VCH1 VCH2 Uso di due canali (da cui l utilità di quattro canali) 12

5 Misura di fase relativa 1 A disposizione: oscilloscopio digitale o analogico sonda breadbord senza saldature con generatore di forme d onda resistori e condensatori cavetti di connessione R0 dispositivo V1 = VxM sinωt V 2 = VyM sin(ωt+φ) V1 V2 V0 13 R0 Misura di fase relativa 2: doppia y dispositivo V1 = VxM sinωt CH1 V1 V2 V 2 = VyM sin(ωt+φ) CH2 V0 v(t) φ = 2πΔT /T [rad] centrare sullo 0 i canali! attenzione alle funzioni di trasferimento (oscilloscopio e sonda) è su CH2 che vi sono le maggiori limitazioni in frequenza: CH1 non dà significativo contributo al comportamento del dispositivo V 2 V 1 0 V 1 V 2 (π ) > 0 v 2 (t) v 1 (t) T/2 π T (T ΔT) ΔT T 2π t θ 14 R 0 Misura di fase relativa 3: xy dispositivo V1 = VxM sinωt base dei tempi, Vx V0 V1 V2 V2 = VyM sin(ωt+φ) CH1, Vy y { Vx(t) = VxM sinωt V y(t) = VyM sin(ωt+φ) equazione dell ellisse parametrica V Y(max) VY(0) x sinφ = Vy(t = 0)/VyM CRT face 15

6 { Vx(t) = VxM sinωt Vy(t) = VyM sin(ωt+φ) sinφ = V y(t = 0)/V ym Con le stesse scale X e Y sull oscilloscopio!!! Misura di fase relativa 4: xy equazione dell ellisse parametrica In fase (φ = 0) elisse degenera in una retta (I e III quadrante), pendenza V ym/v xm. Stessa ampiezza pendenza 45 Opposizione di fase (φ = 180 ) elisse degenera in una retta (II e IV quadrante), pendenza VyM/VxM Stessa ampiezza pendenza 135 In quadratura (φ = ±90 ) Ellisse con i semiassi coincidenti con gli assi x e y. Stessa ampiezza cerchio V Y(max) VyM VxM y CRT face VY(0) x il canale x può non essere sufficientemente veloce! metodo limitato a frequenze basse 16 Materiale a disposizione: Oscilloscopio digitale due sonde per oscilloscopio a attenuazione regolabile (1X, 10X) cacciavite per la compensazione della sonda breadboard base di misura con generatore scalibrato di onde sinusoidali, triangolari, quadre resistori e condensatori cavetti di connessione per breadboard Si colleghino le sonde ai due canali, si pongano in attenuazione 10X e si prenda confidenza con lo strumento con le seguenti operazioni: 17 1) compensare le sonde: si collega una sonda all apposito piedino osservando l uscita (un onda quadra) sullo schermo. Si regola il trigger in maniera che l immagine sia ferma, e si trasla la curva in modo che il plateau dell onda quadra sia sovrapposto a una riga delle divisioni. L operazione di compensazione sarà allora più agevole e accurata. Documentare fotograficamente o con disegni le varie forme d onda viste sullo schermo. Ripetere per la seconda sonda. trigger compensazione 18

7 2) verificare lo zero dell oscilloscopio in accoppiamento DC: a tale scopo agganciare la prima sonda (CH1) sonda all apposito piedino sull oscilloscopio e regolare la posizione sulla verticale. Ripetere per la seconda sonda (CH2) 19 3) montare un semplice partitore resistivo con almeno tre resistori da alimentare col generatore di funzioni (notare che il generatore di funzione è già grounded alla massa comune della base di misura). Si misurino le resistenze con l ohmmetro prima di montarle. Collegare per ora una sola sonda ai capi di due resistori del partitore (attenzione: collegare la massa della sonda alla massa della base). Si presti attenzione alla resistenza di ingresso della sonda. Regolare la frequenza del generatore in modo che valga N KHz (potete scegliere l intero N liberamente fra 1 e 10). Regolare l ampiezza in modo da ottenere un numero intero di divisioni, prossimo al fondoscala (che può essere scelto liberamente e combinato con l ampiezza della sinusoide in modo da ottenere un segnale ben chiaro). 20 4) collegare le due sonde in due diversi punti del partitore, visualizzando i due canali sull oscilloscopio (CH1 e CH2). Attenzione alla collocazione delle masse delle sonde. Misurare le due ampiezze e confrontare con i valori attesi per il partitore. Variate ora la frequenza, misurandola, con almento tre ulteriori punti sperimentali sufficientemente spaziati (ad es.: 100 Hz, 1 khz, 5 khz, 10 khz). Verificate che il rapporto di partizione misurato con l oscilloscopio non cambi con la frequenza (ovvero: verificate la compensazione della sonda). Ripetete le misure con un onda quadra, alle stesse frequenze. Z1 CH1 CH2 V~ Z2 Z3 21

8 5) visualizzate ora varie forme d onda a diverse frequenze da poche decine di Hz fino alla frequenza massima (100 khz), misurando la frequenza. Notate distorsioni? Prendere nota e fare la foto dello schermo in alcuni casi tipici e discutere poi sulla relazione. 22 Esercitazione 2 - passa alto e sfasamenti Montate un semplice circuito CR serie, in modo che il tempo caratteristico RC ~ 100 µs. Regolate l ampiezza dell uscita (ai capi dei due componenti) come nell esempio precedente. Prelevate l uscita ai capi del resistore e effettuate alcune misurazioni (almeno dieci) di ampiezza e sfasamento al variare della frequenza, scegliendo intervalli di frequenza tali da poter osservare l effetto passa-alto. A questo scopo usate le due sonde: una ai capi del generatore e una ai capi del resistore, e inviate le due uscite ai due canali dell oscilloscopio (CH1 e CH2). Dai ritardi temporali di una sinusoide rispetto all altra ricavate lo sfasamento. Nella relazione riportate i punti sperimentali in grafico. Scegliete poi alcune frequenze (almeno tre) e misurate lo sfasamento con la visualizzazione X-Y (per la visualizzazione X-Y: Utility -> Display > Format-> X-Y. il canale 1 è su X). V R = jωτ 1+jωτ V in R0 V~ C R φ(ω) = arctan 1 ωτ τ = RC 23