Gli strumenti elettronici

L’oscilloscopio

I principi fisici

• Emissione termoelettronica da parte del catodo;

• Accelerazione del fascio di elettroni mediante una d.d.p.;

• Deviazione della traiettoria da parte di un campo elettrico esterno;

• Assorbimento dell’energia cinetica da parte degli atomi dello schermo;

• Emissione di radiazione e.m.;

Il Tubo ed il Cannone elettronico

Cannone elettronico

62

schermo

1 3 4

5

7 8

1: Filam. Riscaldamento 4: Anodi di focalizzazione 7: Placche di deflessione verticale

2: Catodo 5: Anodo acceleratore 8: Anodo post-acceleratore

3: Griglia schermo 6: Placche di deflessione orizzontale

Asse yAsse x

Alimentazione Cannone

Fascio di elettroni

Il Tubo ed il Cannone elettronico

Cannone elettronico

62

schermo

1 3 4

5

7 8

1: Filam. Riscaldamento 4: Anodi di focalizzazione 7: Placche di deflessione verticale

2: Catodo 5: Anodo acceleratore 8: Anodo post-acceleratore

3: Griglia schermo 6: Placche di deflessione orizzontale

Asse y

Alimentazione Cannone

Fascio di elettroni

+

Asse x

Il Tubo ed il Cannone elettronico

Cannone elettronico

62

schermo

1 3 4

5

7 8

1: Filam. Riscaldamento 4: Anodi di focalizzazione 7: Placche di deflessione verticale

2: Catodo 5: Anodo acceleratore 8: Anodo post-acceleratore

3: Griglia schermo 6: Placche di deflessione orizzontale

Asse y

Alimentazione Cannone

Fascio di elettroni

+

Asse x

La deviazione del fascio lungo l’asse dei tempi

-

+

A B

VB-V

A

t

Vb-Va

Onda a dente di sega

Schema di un oscilloscopio

AlimentazioneIngressi 1/2

Assi ampiezze (verticale)

Asse dei tempi (orizzontale)

CRT

Selet.1-2

Attenuat. Amplific.In 2

Attenuat. Amplific.In 1

Selettore Trigger

Amplific. Regol.

Generat.d. sega

Blank

Amplific.

Placche di deflessione

Ext.

Alimentatore Cannone el.

Alimentatore

in

c

gnd

dc

ac

Rete ritardo

Il pannello dell’oscilloscopio

A scattiContinuo

(con blocco di taratura)

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

La taratura

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGERTARATURA

1: Rotazione della traccia

2: Contatto segnale di taratura

La taratura

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGERTARATURA

1: Rotazione della traccia

2: Contatto segnale di taratura

L’alimentazione

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: LED

2: Interruttore di accensione

3: Contatto di massa

La regolazione dell’immagine

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: Intensità della traccia

2: Focalizzazione

3: Illuminazione reticolo

La regolazione dell’immagine

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: Intensità della traccia

2: Focalizzazione

3: Illuminazione reticolo

La regolazione dell’immagine

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: Intensità della traccia

2: Focalizzazione

3: Illuminazione reticolo

La regolazione dell’immagine

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: Intensità della traccia

2: Focalizzazione

3: Illuminazione reticolo

L’asse dei tempi

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: Ingrandimento

2: Separazione tracce

3: Taratura sec/cm

4: Posizione orizzontale

L’asse dei tempi

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: Ingrandimento

2: Separazione tracce

3: Taratura sec/cm

4: Posizione orizzontale

L’asse dei tempi

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: Ingrandimento

2: Separazione tracce

3: Taratura sec/cm

4: Posizione orizzontale

Il trigger

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: Livello di trigger

2: Modalità di trigger

(auto . Norm –TV)

3: Accoppiamento

(AC – HF – LF – DC)

4: Sorgente di segnale

(CH1 – CH2 – CH3 – Linea)

5: Ingresso di trigger

Il trigger

La visualizzazione

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: A

2: Alternato

3: B

4: X-Y

5: Modalità

(CH1 – CH2 – ALT – CHOP

ADD)

Il canale verticale 1 (X)

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: AC-DC

2: Massa

3: Taratura V/cm

4: Posizione verticale

5: Ingresso CH1 (X)

Il canale verticale 1 (X)

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: AC-DC

2: Massa

3: Taratura V/cm

4: Posizione verticale

5: Ingresso CH1 (X)

Il canale verticale 2 (Y)

TARATURA

ALIMENTAZ.

REGOLAZ.

ASSE OR. CANALE 2

CANALE 1

VISUALIZZ.

TRIGGER

1: Posizione verticale

2: Taratura V/cm

3: AC - DC

4: Massa

5: Ingresso CH2 (Y)

Sonda Compensata

Sonda Compensata

Le misure con l’oscilloscopio

misure

Qualitative: Forma d’onda

Disturbi e rumori

Quantitative: Tensione – Tempo

Fase e sfasamento

Rapporto tra segnali

Modalità di misura

• Singolo o doppio canale: – Esame di segnali e loro confronto;

• Somma:– Modulazione – maggiore sensibilità nei segnali in

opposizione di fase;

• Differenza (= inversione + somma):– Riduzione dei rumori – maggiore sensibilità nei segnali

in fase;

• x-y:– Fenomeni non associati direttamente al tempo.

Modalita XY Figure di Lissajoux

figure di Lissajoux per diversi rapporti di frequenze e differenze di fase

Un esempio di funzionamento xy e quello in cui i rappresenta un segnale sinusoidale in funzione di un altro segnale sinusoidale. A seconda del rapporto tra le due frequenze e della differenza di fase, e possibile ottenere degli oscillogrammi che vengono Chiamati figure di Lissajoux. Da queste si possono determinare le relazioni di fase e di frequenza tra grandezze sinusoidali.

Misure di sfasamento

PremessaPrima di procedere alla valutazione dello sfasamento, verificare che entrambe tracce siano perfettamente centrate rispetto ali asse

di riferimento orizzontale.Si applica ad un canale il segnale d'ingresso al filtro; in particolare, si sceglie CH1, che costituirà la fase di riferimento.Si porta poi il selettore d'ingresso del canale 1 dalla posizione GND alla DC e, mediante il posizionatore orizzontale (che è unico

per entrambe le tracce), si centra la stessa sullo schermo.Al secondo ingresso si applica il segnale d'uscita del filtro.Nel momento in cui il selettore d'ingresso verrà posto nella posizione DC, apparirà sullo scher mo la traccia d'uscita, che si

presenta sfasata rispetto a quella d'ingresso (in anticipo) ed attenuata (prevedibilmente, di )

Calco da impiegare per il calcolo dello sfasamentoIndicando con n il numero di divisioni compreso tra il passaggio attraverso lo 0 dei due segnali (Fig.b) e con N il numero di

divisioni corrispondenti ad un periodo, lo sfasamento, espresso in gradi, può essere ricavato dalla seguente proporzione:

360° : N = φ : ndove: 360° è l'angolo corrispondente ad un periodo; φ è l'angolo di fase Incognito;

dalla precedente si ha:

soluzione accettabile, tenuto conto delle imprecisioni di lettura, anche l'attenuazione può essere verificata, in quanto le due ampiezze sono:

Vi = 3,4 x 5 = 17 V (picco-picco)Vu = 2,4 x 5 = 12 V (picco-picco)

Nel caso In esame, risulta:

N = 10 div . , n ≈ 1,2 div.,per cui

φ ≈ 43° teorico φ ≈ 45° ;

Eseguendo il rapporto:

Accettabile rispetto il valore teorico:

Misure di sfasamento

Apparecchiature Usate•Trasformatore 220/6 V.•Oscilloscopio a doppia traccia, con cavetti normali.•Filtro realizzato con i componenti precedenti.

Procedimento.Regolazione del pannello:•si selezionano entrambi i canali con MODE CHOP; . • si mettono i selettori di entrambi i canali in posizione GND;• l'attenuatore V/div. di entrambi i canali viene messo nella posizione 5 V/div con il regolatore nella posizione CAL;•trigger in condizione AUTO;•SLOPE +; •sorgente di trigger CH1;• regolatore della base dei tempi nella posizione 2 msec/div.;• si portano entrambe le tracce nella posizione centrale (sovrapposte), mediante i regolatori di posizione verticale.si sceglie il valore commerciale R = 6,8 KΩ.

Fig. a)Schema per la misura b) Forme d'onda sullo schérmo; si può notare che la tensione Vu è

in anticipo di fase rispetto a Vi asse x: 2 msec/div; asse y1, ed y2; 5 V/div

Misure di sfasamento

Il multimetro digitale

Schema del voltmetro digitale

Comp.1

Gen.Rampa

AND

Comp.2

Contatorebinario

Gen.Clock

IN

Display

Vin

Vr

Misura di una tensione continua

Stati logici

Vr

Vin

V

tt0

VinComp.

1

Gen.Rampa

AND

Comp.2

Contatorebinario

Gen.Clock

IN

Display

Vr

clock

AND & Contatore

Comparatore 1

Comparatore 2

1

0

1

0

Misura di una tensione variabile

Vin

V

t

campionatura

Δt

Δt = tempo di conversione

Gli errori in uno strumento digitale 1

D/Ain out

outout

inRisposta teorica

inRisposta reale

Diverso comportamento dei dispositivi di conversione presenti

Gli errori in uno strumento digitale 2

5 picchi

4 picchi

L’istante d’inizio del conteggio degli impulsi di clock può determinare errori di lettura (in genere ± 1 cifra)

Gli errori in uno strumento digitale 3Comportamento teorico

Comportamento reale

La grandezza campionata sta lentamente diminuendo durante la conversione.

Questo può causare errori di codifica anche gravi.

Es: se la tensione passa dal valore 8 (in binario 1000) a 7 (in binario 0111) quando è già avvenuta la codifica del primo bit (msb) ma non degli altri tre, il risultato potrebbe essere addirittura 15 (in binario 1111) con un errore del 100%!!!

-

+

C

in

out

Sample-hold(memoria analogica)

s/h

Misure col multimetro

• Tensione (ca/cc)

• Corrente

• Resistenza

• Capacità

• Frequenza

• Stato logico

• Guadagno (Transistor)

Layout del multimetro

Caratteristiche e precisione

FUNZIONE PORTATE PRECISIONE

Tensione c.c. 0 - 1000 V 0,025%

Tensione c.a. 2,5 m - 1000 V 0,400%

Corrente continua 0 - 10 A 0,150%

Corrente alternata 25 µA - 10 A 0,750%

Resistenza 0 - 500 MΩ 0,050%

Conduttanza 0 - 500 nS 1,000%

Capacità 0,0001 nF - 50 mF 1,000%

Prova diodi 3,1 V 2,000%

Temperatura -200 - 1350° 1,000%

Frequenza 1 MHz 0,005%