oscilloscopio introduzione

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1 oscilloscopio introduzione 1

2 L oscilloscopio è uno strumento in grado di visualizzare su uno schermo l andamento della differenza di potenziale al suo ingresso in funzione del tempo. Questo strumento consente misure quantitative di: differenza di potenziale (voltmetro) intervalli di tempo (es. periodo di oscillazione del segnale in ingresso) 2

3 Schema oscilloscopio CRT griglia di controllo primo anodo secondo anodo placchette deflessione verticale riscaldatore catodo griglia acceleratrice placchette deflessione orizzontale { cannone elettronico schermo 3

4 Cannone elettronico 4

5 Cannone elettronico T C Gli elettroni vengono emessi dal catodo caldo (T 1000!C) per effetto termoionico. In condizione di regime, una nuvola elettronica insiste sul catodo (equilibrio dinamico). Variando la tensione della griglia di controllo è possibile modificare l intensità del fascio di elettroni estratto. fascetto divergente dal crossover il fascetto di elettroni estratto converge nel crossover (oggetto) 5

6 Cannone elettronico Il successivo sistema di elettrodi ha la funzione di lente elettrostatica: produce sullo schermo l immagine del crossover (analogia con ottica geometrica). Lo schermo è a Tgrande 1000 distanza 0 C dal sistema di elettrodi, quindi possiamo considerare il fascetto in uscita ben collimato. tensione regolabile: messa a fuoco 6

7 Cannone elettronico In uscita dalla lente il fascetto di elettroni si muove a velocità costante: E 1 2 m ev 2 = ev acc V acc = 2000 V v m/s V acc (velocità relativistica!) 7

8 Deflessione del fascio di elettroni placche conduttrici piane e parallele (differenza di potenziale tra le placche nulla) gli elettroni proseguono indisturbati in linea retta (effetto della forza peso trascurabile) 8

9 Deflessione del fascio di elettroni placche conduttrici piane e parallele (differenza di potenziale tra le placche non nulla) gli elettroni vengono deviati, fuori dalle armature proseguono ancora in linea retta ma con una nuova direzione campo elettrico uniforme (trascurando effetti di bordo) 9

10 v y v x = tan ϑ Deflessione del fascio di elettroni { ax a y = V d = 0 e m e v y = aτ τ = l v x v y v f v x v i v x { V ϑ l/2 d 1 cm l 2 cm moto parabolico (analogo al moto del proiettile ) 10

11 v y v x = tan ϑ Deflessione del fascio di elettroni { ax a y = V d = 0 e m e v y = aτ τ = l v x tan ϑ = v y v x = e m e v 2 x l d V h = L tan ϑ V h ϑ L 40 cm (distanza tra centro placche e schermo) schermo diretta proporzionalità tra deflessione verticale misurabile sullo schermo e differenza di potenziale ai capi dello strumento h 1 cm V 50 V 11

12 Deflessione del fascio di elettroni Per visualizzare correttamente il segnale variabile in ingresso occorre che questo non vari sensibilmente nel tempo che occorre all elettrone per attraversare le placche deflettrici (altrimenti viene visualizzata una tensione media e non istantanea ). τ = l v x l 2 cm τ 0, s = 0, s Questo pone un limite alla massima frequenza del segnale teoricamente visualizzabile dallo strumento: ν 100 MHz 12

13 Deflessione verticale Segnale sinusoidale visualizzato sullo schermo: deflessione verticale proporzionale alla tensione del segnale in ingresso (il puntino luminoso si muove in verticale di moto armonico, se il segnale in ingresso è sinusoidale) 13

14 Deflessione orizzontale e base dei tempi Applicando una rampa di tensione alle placche deflettrici orizzontali il punto luminoso spazza lo schermo. Variando il periodo del dente di sega cambia la scala dell asse dei tempi dello strumento. (il puntino luminoso si muove verso destra a velocità costante, raggiunge l estremo dello schermo, ritorna rapidamente nel punto di partenza e inizia una nuova spazzata ) V 14

15 Combinazione dei due moti La combinazione delle due deflessioni permette di visualizzare l andamento del segnale in funzione del tempo e di misurare il periodo del segnale T Vp Fenomeno di persistenza delle immagini sulla retina: immagine stabile, segnale periodico rappresentato con in ascissa l asse dei tempi ed in ordinata quello delle tensioni. 15

16 Il circuito di trigger segnale periodico, circuito di trigger disattivato 16

17 Il circuito di trigger Inizio della spazzata in corrispondenza dell attraversamento di una tensione di soglia impostabile dall utente. segnale periodico, circuito di trigger attivato 17

18 Il circuito di trigger La scansione successiva inizia solo quando il segnale attraversa la tensione di soglia. 18

19 Comandi dell oscilloscopio sezione di controllo orizzontale (base dei tempi) modifica sensibilità orizzontale comandi del circuito di trigger intensità e messa a fuoco del pennello elettronico modifica sensibilità verticale sezione di controllo verticale (tensioni in ingresso) 19

20 Il generatore di funzione Consente di generare ai suoi terminali una ddp periodica di forma, frequenza e ampiezza impostabili dall utente. 20

21 Connessioni cavo coassiale connettore BNC 21