Gli strumenti elettronici. Loscilloscopio I principi fisici Emissione termoelettronica da parte del...
-
Upload
saverio-gagliardi -
Category
Documents
-
view
217 -
download
0
Transcript of Gli strumenti elettronici. Loscilloscopio I principi fisici Emissione termoelettronica da parte del...
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%