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Nota disambigua
Il titolo di questa voce non è corretto per via delle caratteristiche del software MediaWiki. Il titolo corretto è B3. Gli oscilloscopi analogici.
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1 L’oscilloscopio nasce come strumento che visualizza, su uno schermo con tubo a raggi catodici, l’andamento dei segnali di un genera¬tore. Successivamente è diventato uno strumento di misura 4 Misura due tensioni V_x e V_y in ingresso variabili nel tempo: la prima fa muovere un punto luminoso lungo l’asse x, la seconda lungo l’asse y. Il punto ha una certa persistenza su uno schermo, permettendo di saperne la traiettoria.

Modi operativi Modalità XY 5 Sullo schermo appare la curva parametrica data dalle equazioni: x=V_x (t) e y=V_y (t).

In base ai tempi 7 Sullo schermo appare solo l’andamento nel tempo di V_y (t), mentre V_x (t) viene generato all’interno dell’oscillo¬scopio come una funzio¬ne proporzionale rispetto al tempo: x=V_x (t)=k⋅t. 8 Il grafico di V_x è composto da una successione di: salita (detta rampa/spazzolata) → discesa (qualunque) → retta orizzontale. Durante la spazzolata, viene disegnato sullo schermo l’andamento di V_y.

Parametri Sul pannello anteriore dell’oscilloscopio, vi sono due potenziometri per regolare la traccia: • INT (intensità): regola la luminosità della traccia → una intensità troppo alta produce una traccia troppo spessa e rovina lo schermo; • FOCUS: regola la messa a fuoco del punto → è necessario rendere il punto il più piccolo possibile per ridurre l’incertezza di lettura.

Asse verticale 10 • sensibilità: ampiezza del segnale in ingresso necessaria per muovere di un tot il punto lungo l’asse y (con incertezza di qualche %); • posizione: la posizione del punto rispetto all’asse V_y quando non c’è tensione V_y; 11 • scala verticale (V/div, “Volt a divisione”): si può variare tramite un attenuatore calibrato, che ha due manopole: una gira a scatti (con incertezza di qualche %), l’altra gira in modo conti¬nuo ma non è tarata. 12 • impedenza e capacità di ingresso: le grandezze elettriche del modello equivalente (vd. Stadio di ingresso); • banda: nel diagramma di Bode dell’oscilloscopio guadagno (modulo)/frequenza, i segnali ad alta frequenza vengono distorti, in parti¬colare attenuati in guadagno → la banda passante è la frequenza per cui si ha un’attenuazione di -3 dB (-30%) rispetto al guadagno che si trova alle basse frequenze; • tempo di risposta/salita: tipicamente nelle funzioni a gradino (un interruttore accende/spegne un segnale periodico), è nel grafico segnale in usci¬ta/tempo l’intervallo di tempo per passare dal 10% al 90% del valore finale di oscillazione: T_"salita" =0,35⁄"banda"

Asse orizzontale 10 • velocità di scansione: tramite il regolatore tarato (due manopole), si può spostare l’asse dei tempi lungo l’asse x; • posizione: la posizione del punto rispetto all’asse V_x all’inizio della spazzolata (consigliato a sinistra dello schermo).

Sincronizzazione 15 La traccia ha una persistenza di pochi secondi → per vederla stabile bisogna dare continue spazzolate sull’asse orizzontale (il segnale in ingresso è periodico). 16 Le spazzolate vanno date in determinati istanti in modo che la traccia sia stabile e la spazzolata sia sincrona con la precedente. 17 Il pennello elettronico deve partire quando il segnale da visualizzare: • assume un valore prefissato; • ha la derivata di un determinato segno (pendenza). 18 La rampa parte all’impulso di trigger (“grilletto”). L’estremo sinistro della spazzolata si dice punto di trigger. 25 Durante la spazzolata il trigger è accecato: la spazzolata continua fino alla fine, senza dare altri impulsi di trigger se V_y passa nuova¬mente per il punto di trigger. L’hold off fa sì che il trigger rimane accecato anche per un certo tempo dopo la fine della rampa.

Parametri del trigger • livello di trigger: tensione a cui far partire l’impulso (potenziometro) • pendenza (slope) della tensione (commutatore +/-)

Tipi di trigger 19 Sul pannello anteriore dell’oscilloscopio è presente un commutatore per impostare il segnale da triggerare per far partire la rampa: (il segnale visualizzato è sempre V_y) • INT (internal): si triggera lo stesso segnale V_y; • EXT (external): si triggera il segnale proveniente dal connettore posto sul pannello posteriore, usato per sincronizzare più strumenti; • LINE: si triggera il segnale sinusoidale di rete, cioè la corrente a 220 V con cui è alimentato l’oscilloscopio.

Correzioni livello di trigger 20 Per ovviare agli errori di livello di trigger, esiste un auto trigger chiamato gate, corrispondente a un commutatore con tre posizioni: 21 • normal: il trigger parte solo quando riceve il segnale; 22 • auto: se il trigger non comanda la spazzolata entro un certo tempo, fornisce comunque una spazzolata ogni tanto, che però non è sincronizzata; 23 • single: il trigger parte una sola volta → serve per vedere i segnali non periodici (es. gradino).   Oscilloscopi a tracce multiple 27 L’oscilloscopio a tracce multiple permette di visualizzare sullo schermo più segnali d’ingresso per rilevarne la differenza di fase, cioè la differenza temporale per esempio tra i punti di trigger. Normalmente sono 2 o al massimo 4, per non generare confusione. Si usa un u¬nico punto luminoso per tutte le tracce.

Rappresentazione alternate La rappresentazione alternate conviene per alte frequenze. 28 In ogni spazzolata si disegnano alternativamente una sola delle due tracce, tramite un commutatore. Modalità di trigger: 30 1) si triggera uno solo dei due segnali → utile se i due segnali sono sincronizzati tra di loro, cioè sono isofrequenziali → la relazione di fase (cioè differenza di fase nulla) tra i due segnali viene conservata sullo schermo; 32 2) si triggerano alternativamente entrambi i segnali → utile se i due segnali non sono isofrequenziali, 33 ma bisogna fare attenzione a non perdere la relazione di fase, impostando un opportuno punto di trigger per il secondo segnale.

Rappresentazione chopped La rappresentazione chopped conviene per basse frequenze. 34 In una stessa spazzolata si disegnano entrambe le tracce, ciascuna disegnata alternativamente in brevissimi trattini → se la frequenza di commutazione tra le due tracce è abbastanza piccola, le tracce sembrano continue. Come nella seconda modalità di rappresentazione alternate, non è garantita la relazione di fase.

Stadio di ingresso 37 L’oscilloscopio è un carico passivo nei confronti del circuito, e può essere visto dall’esterno come il modello equivalente parallelo re¬sistenza-condensatore con impedenza di (1 MΩ)⁄(10 pF) (con incertezza di qualche %). Ai connettori BNC relativi ai segnali in ingresso (V_(y_A ), V_(y_B ), EXT…), che si trovano sul pannello dell’oscilloscopio, si collegano dei cavi coassiali. Il cavo coassiale può essere visto in un modello e¬lettrico semplificato, composto da una parte resistiva trascurabile e una parte con capa¬cità dell’ordine di grandezza di quella dell’oscillo¬scopio. Per ragioni di sicurezza: • cavo coassiale: collegata alla massa vi è una “calza” di separazione tra il filo di rame e un certo materiale sintetico; • connettore BNC: la parte centrale è circondata da una “ghiera” collegata alla carcassa dell’oscilloscopio, a sua volta collegata alla terra attraverso un terzo filo giallo-verde.

Esercitazione Lo scopo dell’esercitazione è imparare a usare l’oscilloscopio. La prima cosa da fare è chiudere l’interruttore differenziale e accendere l’o¬scilloscopio per evitare il problema di warm-up. L’oscilloscopio riceve i segnali da un sintetizzatore realizzato su scheda, a sua volta col¬legato a un alimentatore doppio (due tensioni) o triplo (tre tensioni).

Alimentatore L’alimentatore presenta in alto degli indicatori della tensione e della corrente erogate, e nella parte centrale dei connettori per le due tensioni +12 V e -12 V; ai lati di questi connettori, delle manopole impongono una corrente e una tensione massime per motivi di sicurezza.

Scheda La scheda può generare segnali con diversi tipi di forme d’onda, che possono essere commutati con i pulsanti Up e Down. Un cavo coas¬siale BNC collega l’uscita A della scheda con il primo canale dell’oscilloscopio.

Oscilloscopio Inizialmente, è consigliabile porre il gate in auto, e agire sulla intensità e sul fuoco per regolare la visualizzazione della traccia. Figura 18: accanto al connettore BNC maschio, vi è un commutatore per determinare il segnale di ingresso: • DC: il segnale di ingresso non viene filtrato e arriva direttamente all’oscilloscopio (uso normale); • AC: viene introdotto un filtro passa-alto (da non usare); • GD (ground): l’ingresso è in cortocircuito → segnale 0 (serve per regolare la posizione y). Il tasto INV cambia segno al segnale: un segnale +/− viene visualizzato come −/+; si può usare per fare la somma o la differenza (a uno dei due si applica INV) dei due segnali.

Misurazioni • frequenza: Dato un segnale sinusoidale, si imposta il trigger secondo istruzioni, quindi effettua la misurazione del periodo del segnale, cioè l’intervallo di tempo tra due punti che hanno lo stesso valore e la stessa pendenza (tipicamente il punto 0, che dovrebbe essere im¬postato sulla pendenza massima). Viene calcolato il periodo tramite la formula T=K_o⋅n_div, quindi si fa l’inverso per ricavare la frequen¬za. Truccone: c’è il pulsante autoset che visualizza automaticamente la frequenza! • duty cycle di un segnale a impulso: è la percentuale dell’intervallo di tempo T_H in cui il segnale è a picco rispetto all’intero periodo T.

Cursori L’oscilloscopio può calcolare automaticamente l’intervallo di tempo (impostando le barre verticalmente) o la differenza di tensione (oriz¬zontalmente) tra due cursori (= barre tratteggiate sullo schermo).

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