Introduzione all'uso dell'oscilloscopio

Cos'è un oscilloscopio

L' oscilloscopio è essenzialmente un dispositivo che consente di visualizzare fenomeni elettrici, il cui andamento nel tempo è riprodotto su uno schermo luminescente. Di questi fenomeni si possono essenzialmente rilevare l'ampiezza, la durata e la frequenza. Dopo il tester, in campo elettronico, l'oscilloscopio è probabilmente il più diffuso strumento per la visualizzazione, la misura e l'analisi di fenomeni elettrici e non solo, poichè usando appositi trasduttori quasi tutti i fenomeni fisici si possono riportare a grandezze elettriche e sono quindi misurabili con questo strumento. Riassumendo l'oscilloscopio è un dispositivo di visualizzazione grafica che rappresenta segnali elettrici variabili nel tempo. L'asse verticale, denominato d'ora in poi " asse Y ", rappresenta la tensione, mentre quello orizzontale, denominato " asse X " , rappresenta il tempo.

Cosa è possibile fare con un oscilloscopio

• Determinare direttamente il periodo e l'ampiezza di un segnale.

• Determinare indirettamente la frequenza di un segnale.

• Determinare la componente DC e AC di un segnale.

• Localizzare avarie in un circuito.

• Misurare l'angolo di fase tra due segnali. (sfasamento tra due segnali)

• Determinare quale parte del segnale è rumore e come varia nel tempo.

Gli oscilloscopi sono degli strumenti molto versatili largamente impiegati nel campo elettronico in assistenza tecnica, progettazione e produzione che permettono di studiare e analizzare le variazioni di un segnale in funzione del tempo. Un oscilloscopio può misurare un gran numero di fenomeni inserendo il transduttore adeguato (un elemento che converte una grandezza física in un segnale elettrico) e può addirittura visualizzare il valore di una pressione, il ritmo cardiaco, ecc.

Che tipi di oscilloscopi esistono?

Queste strumenti di misura elettronici si possono dividere in due gruppi principali: Analogici e Digitali. Per capire meglio la differenza tra i due è come se paragonassimo il giradischi tradizionale, che è un apparecchio analogico, con il più recente Compact Disc (nuovo apparecchio audio digitale). Gli oscilloscopi analogici lavorano applicando direttamente una tensione da misurare ad un raggio elettronico che si muove sullo schermo. La tensione deflette il raggio in senso verticale, in proporzione alla sua ampiezza, fornendo una rappresentazione immediata della forma d'onda. L'oscilloscopio digitale campiona la forma d'onda e utilizza un convertitore analogico-digitale (A/D) per trasformare la tensione da misurare in informazioni digitali, informazioni che vengono successivamente utilizzate per ricostruire la forma d'onda sullo schermo.Entrambi i tipi presentano vantaggi e svantaggi. Gli oscilloscopi analogici sono preferibili quando si utilizzano in prevalenza segnali ripetitivi ed è prioritario visualizzare variazioni veloci del segnale d'ingresso in tempo reale. Gli oscilloscopi digitali vengono impiegati quando è necessaria l'analisi di segnali non ripetitivi o aventi frequenza molto elevata, oppure ancora quando i segnali presentano variazioni molto lente o quando bisogna catturare singoli eventi. Per offrire un maggiore campo di applicazioni sono nati negli ultimi anni dei modelli ibridi analogico/digitali che racchiudono entrambe le soluzioni in un unico strumento.

Quali controlli possiede un oscilloscopio tipico

A prima vista un oscilloscopio può apparire come un piccolo televisore portatile, salvo per il reticolo che ricopre lo schermo e il maggior numero di controlli presenti sul pannello frontale.Nella figura seguente sono rappresentate le varie funzioni suddivise in cinque sezioni:

** Verticale ** Orizzontale ** Sincronismo ** Controlli di visualizzazione **

Connettori

Come funziona un oscilloscopio?

Per capire il funzionamento dei controlli che possiede un oscilloscopio è necessario apprendere almeno in parte i principali processi interni di questo strumento. Cominceremo con il tipo analogico che è il più semplice da capire.

Oscilloscopio analogico

Il tubo a raggi catodici, indicato con la sigla CRT (Cathode - Ray - Tube) è costituito da una parte che genera, accelera e focalizza il fascio di elettroni da inviare sullo schermo denominata cannone elettronico e da una parte che consente lo spostamento del punto luminoso sullo schermo denominata sistema di deflessione, che consiste nella combinazione di due forze prodotte da due campi elettrici applicati in direzione dell'asse orizzontale e dell'asse verticale del piano dello schermo. Un segnale da esaminare viene prelevato da un circuito esterno mediante la sonda che può essere di tipo non attenuato (1:1) o attenuato (10:1 / 100:1 ecc). Il segnale la attraversa e si dirige alla sezione verticale. A seconda della posizione in cui si trova il commutatore dell'amplificatore verticale attenueremo o amplificheremo il segnale d'ingresso. All'uscita di questo blocco già si dispone di un segnale sufficiente che viene applicato alle placche di deflessione verticale (che naturalmente stanno in posizione orizzontale). Quest'ultime hanno il compito di deviare il fascio di elettroni emessi dal catodo che andranno a colpire lo strato fluorescente interno dello schermo, in senso verticale, dando origine alla traccia. La traccia così visualizzata sullo schermo rappresenterà rispetto al punto di riferimento GND (Ground), verso l'alto la tensione positiva e verso il basso quella negativa.

Il segnale attraversa anche la sezione di trigger (sincronismo interno) per poi raggiungere la sezione orizzontale. Si è detto che il segnale viene di solito rappresentato in funzione del tempo, per questo motivo gli oscilloscopi hanno al loro interno un generatore di segnali a dente di sega, da connettere al sistema di deflessione orizzontale (asse X) più comunemente denominato base dei tempi, che simula il tempo. Descriveremo adesso come il segnale a dente di sega comanda l'escursione del fascio di elettroni lungo l'asse X dello schermo. Durante il fronte di salita della rampa si ha l'escursione a velocità costante dell'asse, da sinistra verso destra di chi guarda lo strumento. Il breve fronte di discesa della rampa fa ritornare velocemente al punto di partenza il fascio di elettroni pronto per un'altra escursione. Il ritorno non viene visualizzato sullo schermo grazie ad un segnale di spegnimento che agisce contemporaneamente sul cannone elettronico. In questo modo l'azione combinata del tracciato orizzontale e della deflessione verticale rappresenta graficamente il segnale sullo schermo.Variando il commutatore del base dei tempi (TIME-BASE) dello strumento si varia la durata del fronte di salita del segnale a dente di sega. Per poter riprodurre un'immagine stabile sullo schermo, è necessario che vi sia sincronia fra il segnale da analizzare e la partenza del fronte di salita della rampa. Tale operazione viene denominata triggeraggio (azione del trigger) e viene realizzata tramite l'apposito circuito di sincronismo che si sincronizza sul segnale da visualizzare.Nelle seguenti figure si può osservare lo stesso segnale in tre differenti condizioni di trigger: Nella prima il segnale è triggerato nel fronte di salita, nella seconda è senza trigger (il segnale scorre) e nella terza il segnale è triggerato nel fronte di discesa.

In conclusione per utilizzare in modo corretto un oscilloscopio analogico è necessario fare questi tre aggiustamenti basilari:

• Provvedere all'attenuazione o amplificazione di cui necessita il segnale. Utilizzando il commutatore AMPL. si aggiusta l'amplificazione del segnale che viene applicato alle placche della deflessione verticale. Per poter meglio apprezzarlo, conviene che il segnale occupi una buona parte dello schermo, senza comunque allargare troppo oltrepassando i limiti.

• Impostare la base dei tempi. Utilizzando il commutatore TIME BASE si aggiusta la rappresentazione orizzontale del tempo nello schermo per ogni divisione. Per segnali ripetitivi è conveniente ruotare la manopola fino ad osservare 2/3 periodi nello schermo dello strumento.

• Triggerare il segnale. Utilizzando il verniero TRIGGER LEVEL (livello di trigger) e il selettore di trigger TRIGGER SELECTOR (seleziona il tipo di trigger) è possibile stabilizzare al meglio i segnali ripetitivi presenti sullo schermo.

Ovviamente è necessario che prima siano stati effettuati gli opportuni aggiustamenti sui controlli di visualizzazione: FOCUS (messa a fuoco della traccia), INTENS. (intensità della traccia) da non eccedere, Y-POS (posizione verticale della traccia), X-POS (posizione orizzontale della traccia).

Oscilloscopio digitale

L'oscilloscopio digitale possiede, oltre alla sezione specificata sopra per l'oscilloscopio analogico, un sistema addizionale di processo dei dati che permette di immagazzinare e visualizzare il segnale. I modelli più recenti sono costituiti da memorie di tipo digitale (RAM) le quali possono essere inserite anche in strumenti normali che presentino la capacità di escludere od inserire il sistema di memorizzazione tramite opportuni commutatori. Il segnale in ingresso viene così campionato. Dopo la campionatura il segnale subisce una conversione analogica/digitale (A/D), ed è importante sottolineare che la velocità di tale operazione determina la bontà di risoluzione dello strumento. Il segnale viene quindi convertito in una parola binaria e successivamente memorizzato nella memoria RAM. Da questa lo si preleva quando si desidera analizzarlo e lo si invia in un circuito di riconversione digitale/analogico (D/A) e da qui all'asse Y dell'oscilloscopio. Vedremo ora di apprendere meglio questo tipo di funzionamento che trova largo impiego nel mondo industriale.

Quando si connette la sonda di un oscilloscopio digitale ad un circuito, la sezione verticale aggiusta l'ampiezza del segnale allo stesso modo dell'oscilloscopio analogico. Il convertitore analogico-digitale del sistema di acquisizione dati campiona il segnale a intervalli di tempo determinati e converte il segnale in tensione continua in una serie di valori digitali chiamati punti di campionamento. Nella sezione orizzontale un segnale di clock determina quando il convertitore A/D prende un campione. La velocità di questo clock viene chiamata velocità di campionamento e viene indicata in campioni al secondo.

I valori digitali campionati vengono immagazzinati in una memoria come punti del segnale. L'insieme del numero di punti del segnale costituirà un "pacchetto" che verrà utilizzato per riconstruire il segnale sullo schermo. La sezione di trigger determina l'inizio e la fine del "pacchetto" di punti utilizzati per rappresentare il segnale. La sezione di visualizzazione riceve il "pacchetto" di punti, una traccia immagazzinata nella memoria, per rappresentare il segnale nello schermo dello strumento. A seconda delle capacità dell'oscilloscopio è possibile sviluppare processi addizionali sui punti campionati. Ad esempio molti oscilloscopi digitali dell'ultima generazione dispongono della funzione di pre-trigger per osservare cosa avviene prima della partenza del sincronismo. Fondamentalmente un oscilloscopio digitale viene utilizzato in modo molto simile a quello analogico. Per poter effettuare misure accurate è sempre indispensabile aggiustare il commutatore di ampiezza AMPL., della base dei tempi TIMEBASE e del trigger.

Metodi di campionamento

Qui spiegheremo in che modo vengono catturati i punti di campionamento per ricostruire il segnale negli oscilloscopi digitali. Per segnali che hanno una variazione molto lenta nel tempo, gli oscilloscopi digitali possono riunire perfettamente más puntos de los necesarios para reconstruir posteriormente la señal en la pantalla. No obstante, per segnali veloci (como de rápidas dependerá de la máxima velocidad de muestreo de nuestro aparato) el osciloscopio no puede recoger muestras suficientes y debe recurrir a una de estas dos técnicas:

• Campionamento in tempo reale con interpolazione (oscilloscopi a memoria digitale) (, Lo strumento, a seconda della sua frequenza di campionamento, prende un punto cattura un punto di campionamento s decir, estimar un punto intermedio de la señal basandose en el punto anterior y posterior.

• Campionamento in tempo equivalente (oscilloscopi campionatori) . Se il segnale è ripetitivo è possibile campionare un certo numero di periodi in diversi punti del segnale per poterlo ricostruire in modo completo.

Campionamento in tempo reale con Interpolazione

Il metodo standard di campionamento in un oscilloscopio digitale è il campionamento in tempo reale: l'oscilloscopio cattura e riunisce un sufficiente numero di punti per ricostruire il segnale. Questo tipo di campionamento è l'unico utilizzabile per analizzare segnali transitori o non ripetitivi.. Gli oscilloscopi utilizzano la interpolazione per poter visualizzare segnali che sono troppo veloci rispetto alla velocità di campionamento. Esistono due tipi di interpolazione: Lineare: I punti di campionamento vengono uniti con una linea retta.Sinusoidale: Connette i punti di campionamento con una curva secondo un processo matematico. Di questa forma i punti intermedi si calcolano per riempire gli spazi tra i punti reali di campionamento. Usando questo sistema è possibile visualizzare segnali con grande accuratezza anche disponendo di un limitato numero di punti di campionamento.

Campionamento in tempo equivalente

Alcuni oscilloscopi digitali utilizzano questo tipo di campionamento. Vengono impiegati per lo studio e la visualizzazione di segnali aventi frequenze molto elevate a condizione che presentino forme costanti nel tempo. Si tratta di ricostruire un segnale ripetitivo catturando una piccola parte del segnale in ogni periodo. Questi strumenti provvedono a campionare tratti di segnale da analizzare, presi in periodi successivi, in modo da poter ricostruire fedelmente il segnale ad una frequenza inferiore di quella reale e quindi poterlo visualizzare mediante un normale sistema a CRT.

Terminologia usata nell'oscilloscopio

Per tutti gli strumenti di misura, in particolare per quelli destinati alla misura di grandezze elettriche, esistono delle specifiche tecniche la cui conoscenza è indispensabile per un loro corretto utilizzo. Questo capitolo è dedicato alla spiegazione dei termini utilizzati maggiormente nell'uso di oscilloscopi, sia analogici che analogici/digitali.

Termini utilizzati nella misura

Esiste un termine generale per descrivere un fenomeno che si ripete nel tempo: forma onda. Una forma d'onda è la rappresentazione grafica di un segnale applicato in ingresso allo strumento. Un ciclo o periodo è la minima parte dell'onda che si ripete nel tempo. Una forma d'onda si presenterà sempre con il tempo nell'asse orizzontale (X) e l'ampiezza nell'asse verticale (Y). L'importanza di una forma d'onda è che ci rappresenta una dettagliata informazione del segnale. In qualsiasi momento possiamo visualizzare l'ampiezza che rappresenta e, pertanto, sapere se la tensione è variata nel tempo (se osserviamo, per esempio, una linea orizzontale potremo dedurre che l'intervallo di tempo del segnale è costante). Con la pendenza della linea diagonale che rappresenta sia il fronte di salita che il fronte di discesa potremo conoscere la velocità e con il passaggio da un livello ad un altro potremo osservare cambi repentini del segnale generalmente dovuti a processi transitori.

Tipi di forme d'onda

E' possibile classificare le forme d'onda nei seguenti tipi:

• Onda sinusoidale e onda smorzata• Onda quadra e rettangolare

• Onda triangolare e a dente di sega

• Onda arbitraria

• Fenomeno random e Impulso

Onda sinusoidale

La forma d'onda sinusoidale è la più comune ed è forse la più importante per varie ragioni. Possiede una proprietà matematica molto interessante che le permette di ricostruire qualsiasi forma d'onda con la combinazione di segnali sinusoidali di differente ampiezza e frequenza. E' molto facile incontrarla come segnale prodotto da un circuito oscillatore di un generatore di segnali oppure nella maggior parte delle sorgenti di alimentazione di potenza AC (corrente alternata). La forma d'onda smorzata è un caso speciale di questo tipo di onde e si produce in fenomeni di oscillazione che non permangono nel tempo. E' costituita da gruppi successivi di oscillazioni, nei quali, con definita regolarità, l'ampiezza decresce secondo una certa legge temporale.

Onda quadra e rettangolare

L'onda quadra è praticamente una forma d'onda che passa da uno stato all'altro di tensione, a intervalli regolari, in un tempo molto breve. Viene utilizzata normalmente per provare amplificatori (perchè questo tipo di segnale contiene in se stesso tutte le frequenze). Moltissime apparecchiature elettroniche utilizzano questo tipo di segnali, fondamentalmente come clock o timer. La forma d'onda rettangolare si differenzia dalla quadra perchè varia l'intervallo di tempo in cui la tensione permane a livello alto e basso. Questo tipo di segnali sono molto utilizzati per analizzare circuiti digitali.

Onda triangolare e a dente di sega

L'onda triangolare viene utilizzata in circuiti destinati a controllare la tensione linearmente, come potrebbe essere ad esempio la deflessione orizzontale di un oscilloscopio analogico. La transizione passa da un livello minimo ad un livello massimo del segnale ad un ritmo costante. Questa transizione viene denominata rampa.

La forma d'onda a dente di sega è un particolare caso di segnale triangolare con una rampa discendente molto più ripida di quella ascendente.

Onda arbitraria

Negli ultimi anni, con l'avvento delle nuove tecnologie, sono stati realizzati dei generatori di funzioni che dispongono di una nuova forma d'onda denominata arbitraria. Questi generatori di funzioni arbitrarie sfruttano in realtà una sequenza di numeri, che sono la rappresentazione campionata di forme d'onda analogiche, che possono essere facilmente modificate tramite personal computer, intervenendo sui singoli punti che le rappresentano. In questo modo è possibile sintetizzare qualsiasi segnale di prova sia necessario ad un tecnico di laboratorio. Tale caratteristica rende i generatori di funzioni arbitrarie gli strumenti ideali in molte applicazioni biofisiche, nelle quali sono indispensabili rappresentazioni precise di segnali molto complessi, che simulano le condizioni fisiologiche degli esseri viventi (battito cardiaco, impedenza del sangue, stimolazione muscolare). Molte altre applicazioni sono possibili su ricerche in campo territoriale, oceanografico e nella fisiologia animale.

Fenomeno random e Impulso

Questi segnali, essendo non ripetitivi, vengono chiamati segnali transitori. I fenomeni random (casuali) possono essere di varia natura, ma quello rappresentato in figura indica una variazione repentina della tensione da un livello ad un'altro, per esempio quando si connette un interruttore di alimentazione. Esprimeremo ora l'esatta definizione di impulso. Un impulso è una particolare forma d'onda caratterizzata da un rapido aumento (o diminuzione) dell'ampiezza del segnale seguita da una rapida diminuzione (o aumento) che riporta il segnale al livello iniziale. Generalmente l'impulso rappresenta un bit di informazione in un tradizionale circuito digitale o un piccolo difetto in un circuito (per esempio un falso contatto momentaneo).

Misura delle forme d'onda

Ora approfondiremo maggiormente l'argomento con la spiegazione di nuovi termini tecnici. In questa sezione descriveremo le misure più utilizzate per valutare una segnale.

Periodo e Frequenza

Se un segnale si ripete nel tempo, possiede una frequenza di ripetizione espressa con ( f ). La frequenza viene espressa in Hertz (Hz) e se il segnale compie 1 ciclo in un secondo, vuol dire che la sua frequenza è di 1Hz. Per questo motivo possiamo affermare che periodo e frequenza sono reciproci l'uno dell'altro. Un segnale ripetitivo possiede altri parametri: il periodo, definito come il tempo che impiega il segnale a completare un ciclo.

Ampiezza

L'ampiezza esprime la tensione, ovvero la differenza di potenziale elettrico tra due punti di un circuito. Normalmente la misura viene fatta rispetto a massa per cui uno di questi punti è la massa (GND), ma non sempre, per esempio si può misurare la tensione picco-picco di un segnale (Vpp) tra il suo valore massimo e minimo.

Fase

La fase si può spiegare molto meglio se consideriamo la forma d'onda sinusoidale. I segnali sinusoidali si possono mettere in corrispondenza con gli angoli al centro di un cerchio di raggio unitario. In base a questa corrispondenza, ad ogni angolo corrisponde un particolare punto della sinusoide. La forma d'onda sinusoidale si può ricavare dalla circolazione di un punto su un cerchio a 360º. Un ciclo di un segnale sinusoidale comprende tutti i 360º.

Quando due segnali sinusoidali vengono comparati alla stessa frequenza può succedere che entrambi non siano in fase, oppure, che i due segnali non coincidano in modo equivalente nel tempo. In questo caso i segnali vengono definiti sfasati, e allora si rende necessario misurarne lo sfasamento.

T= tempo di ritardo tra i due segnali.

Quali parametri si utilizzano per identificare le qualità di un oscilloscopio

I termini usati in questa sezione sono quelli maggiormente utilizzati per comparare e valutare differenti modelli di oscilloscopi, sia analogici che analogici/digitali.

Banda passante

Specifica il campo di frequenza che l'oscilloscopio può misurare con precisione. Per convenzione la banda passante si calcola da 0Hz (continua) fino alla frequenza in cui un segnale di tipo sinusoidale si visualizza al 70.7% del valore applicato in ingresso (che corrisponde a una attenuazione di 3dB).

Tempo di salita

Questo parametro, insieme a quello precedente, ci indicherà la massima frequenza di utilizzo dell'oscilloscopio. E' un parametro molto importante, fondamentale per eseguire misure di fronti o impulsi (tenere presente che questo tipo di segnali hanno variazioni molto veloci tra i livelli di tensione). Con un oscilloscopio non è possibile visualizzare impulsi con tempi di salita più veloci del suo.

Sensibilità verticale

Indica qual'è il minimo segnale che può essere amplificato dallo strumento. Viene normalmente espressa in 1mV/div. per divisione verticale.

Velocità

Per gli oscilloscopi analogici questa specifica indica la velocità massima di deflessione orizzontale, che permetterà di visualizzare fenomeni molto veloci. Normalmente le massime portate sono dell'ordine di nanosecondi per divisione orizzontale.

Precisione del guadagno

Indica la precisione con la quale il sistema verticale dell'oscilloscopio amplifica o attenua il segnale. Viene espressa normalmente in percentuale massima di errore.

Precisione della base dei tempi

Indica la precisione della base dei tempi nel sistema orizzontale dell'oscilloscopio per visualizzare il tempo. Viene espressa normalmente in percentuale massima di errore.

Velocità di campionamento

Negli oscilloscopi digitali indica quanti campioni per secondo vengono catturati dal sistema di acquisizione dati (dal convertitore A/D). Negli strumenti di un certo livello si raggiungono velocità di campionamento di Gigasample/secondo. Una velocità di campionamento elevata è fondamentale per poter visualizzare piccoli intervalli di tempo. In contrapposizione è importante avere anche basse velocità di campionamento per osservare segnali con variazione lenta nel tempo. La velocità di campionamento cambia agendo sul commutatore della base dei tempi TIMEBASE, mantenendo costante il numero di punti immagazzinati per rappresentare la forma d'onda.

Risoluzione verticale

La risoluzione verticale è il parametro che indica la risoluzione del convertitore A/D in un oscilloscopio digitale . Viene espressa in bit (normalmente 8bit) e indica con quale precisione viene convertito il segnale d'ingresso in valori digitali immagazzinati nella memoria. Le tecniche di calcolo possono aumentare la risoluzione effettiva dell'oscilloscopio.

Profondità di memoria

Indica la quantità massima di punti che possono essere catturati nella memoria dallo strumento per la ricostruzione del segnale. In alcuni oscilloscopi la profondità di memoria può essere variabile e comunque dipende sempre dalle dimensioni della memoria dello strumento. Una

grande profondità di memoria permette di realizzare zoom su alcuni dettagli della forma d'onda (su dati già immagazzinati), senza dover perdere tempo a campionare il segnale completo.

Funzionamento dell'oscilloscopio

Collegamento a terra dell'oscilloscopioUn buon collegamento di terra è fondamentale per realizzare misure corrette con un oscilloscopio.Inoltre è obbligatorio collegarlo a terra per motivi di sicurezza. Il contenitore, il telaio e tutti i terminali di misura sono collegati a massa per motivi di protezione. Se si verificasse una scarica di alta tensione e la carcassa dell'oscilloscopio non fosse messa a terra, qualunque parte della carcassa, inclusi i comandi, potrebbero creare all'utente un pericoloso shock. Mentre se l'oscilloscopio è ben collegato a massa, la corrente verrebbe deviata al collegamento di terra. Per connettere a terra un oscilloscopio è necessario collegare il telaio dello strumento con il punto di riferimento neutro di tensione (comunemente chiamato terra). Questo si fa normalmente utilizzando cavi di alimentazione a tre conduttori (due per l'alimentazione e uno per la messa a terra). L'oscilloscopio, tra l'altro, deve condividere la medesima massa con tutti le parti del circuito a cui viene connesso. Quasi tutti gli oscilloscopi dispongono di un cambio tensione posto sulla presa di alimentazione. Per poter far funzionare correttamente lo strumento o addirittura per non rischiare di danneggiarlo è molto importante assicurarsi che sia impostato nella corretta posizione, in base al tipo di tensione di cui disponiamo.

Aggiustamento iniziale dei controlli

Dopo aver collegato l'oscilloscopio alla presa di rete, alimentarlo premendo il tasto di accensione.

E' necessario familiarizzare con il pannello frontale dello strumento. Tutti gli oscilloscopi dispongono di tre sezioni primarie normalmente ben suddivise: sezione Verticale, sezione Orizzontale, e Trigger. A seconda del tipo di strumento impiegato potremo disporre di altre sezioni. Sulla parte bassa del pannelo frontale troveremo due o quattro connettori BNC (a seconda che lo strumento sia a due o quattro canali) dove andranno collegate le sonde di misura. Nella maggior parte degli oscilloscopi i due canali vengono evidenziati sul pannello con I e II (oppure A e B).

Sulle versioni di oscilloscopi più evolute troviamo funzioni chiamate AUTOSET o PRESET che aggiustano i controlli automaticamente con la semplice pressione di un tasto, rappresentando perfettamente e in modo veloce i segnali sullo schermo. Se non si dispone di questa funzione è necessario impostare i vari controlli dello strumento in una posizione standard prima di procedere alla misura. Questi sono i controlli da verificare:

• Premere il tasto per visualizzare il canale 1 (automaticamente si assegnerà il trigger al canale 1).

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• Collocare il commutatore del Volt/div. del canale 1 in una posizione intermedia (ad esempio 1V/div.).

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• Mettere il comando variabile del Volt/div. del canale 1 in posizione calibrata (potenziometro centrale tutto ruotato a destra o a sinistra).

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• Disattivare qualsiasi tipo di moltiplicatore verticale.

• Posizionare il commutatore d'ingresso del canale 1 in accoppiamento DC.

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• Mettere il tasto di trigger in modo automatico.

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• Disattivare il trigger ritardato.

• Agire sul controllo di intensità posizionandolo su una condizione intermedia che permetta di apprezzare la traccia sullo schermo, e ritoccare il controllo del fuoco fino a far apparire la traccia il più nitida possibile (generalmente i comandi sono nella condizione ottimale quando la tacca di riferimento è in posizione verticale).

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Sonde di misura

Le sonde sono componenti essenziali dell'oscilloscopio e sono costituite da un cavo coassiale munito di un apposito connettore. Il loro ruolo è di fare in modo che il segnale visualizzato sullo schermo dello strumento sia il più possibile conforme a quello prelevato dal circuito, senza disturbi o distorsioni tali da rendere inattendibile la misura. Per le applicazioni più comuni è molto importante misurare con l'oscilloscopio utilizzando un tipo di sonda come quella disegnata in

figura.

Questo tipo di sonda viene data generalmente in dotazione con l'oscilloscopio ed è particolarmente studiata per applicazioni generali. Per altri tipi di misure vengono impiegate sonde speciali, come sonde di corrente o sonde attive. Ora, dopo aver seguito attentamente le varie istruzioni sopra descritte, siamo in condizione di connettere la sonda di misura al connettore d'ingresso del canale 1.

Sonde passive

La maggior parte delle sonde passive sono marchiate con un fattore di attenuazione, normalmente 10X o 100X. Per convenzione il fattore di attenuazione compare con il segno X dietro al fattore di divisione. In contrapposizione il fattore di amplificazione appare con il segno X davanti (X10 o X100). Le sonde più utilizzate sono quelle con attenuazione 10X, che riducono l'ampiezza del segnale di un fattore pari a 10. Vengono utilizzate a frequenze superiori a 5 kHz e con livelli di segnale superiori a 10 mV. La sonda 1X è molto simile però introduce troppo carico nel circuito di prova, anche se però ha il vantaggio di misurare segnali con minore livello di segnale. Per maggiore comodità d'uso sono state introdotte sonde speciali dotate di un commutatore che permette di utilizzarle in posizione 1X o 10X. Quando si utlizza questo tipo di sonda bisogna sempre assicurarsi della posizione del commutatore prima di eseguire una misura, per evitare grossolani errori. Nel caso di misura su frequenze molto elevate sono disponibili sonde speciali basate su circuiti molto complessi comprendenti anche induttanze, trimmer e condensatori variabili.

Compensazione della sonda

Prima di utilizzare una sonda attenuata 10X è necessario fare un aggiustamento nel trimmer della sonda per fare in modo che il segnale proveniente dal circuito venga trasferito senza alterazioni all'ingresso dell'oscilloscopio. Questa operazione serve a compensare l'effetto delle capacità parassite che intervengono all'aumentare della frequenza. Questa operazione denominata compensazione viene fatta nel seguente modo:

• Collegare il BNC della sonda all'ingresso del canale 1. • Prelevare con il puntale della sonda il segnale di riferimento a 1KHz

dal calibratore dello strumento (sorgente di segnale ad onda quadra) per poter effetuare la calibrazione.

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• Connettere la pinza a coccodrillo della sonda a massa.

• Ora osservare attentamente il segnale ad onda quadra presente sullo schermo.

• Se la traccia non risultasse perfetta, agire con il cacciavite in dotazione sul compensatore della sonda, ruotando a destra o a sinistra fino ad ottenere una forma d'onda quadra come rappresentato in figura.

Sonde differenziali

Queste nuove sonde permettono di effettuare questo tipo di misure su potenziali diversi, per esempio su finali a thyristor, motori elettrici e circuiti di alimentazione, senza alcun pericolo per l'utilizzatore. Questo perchè la maggior parte degli oscilloscopi misurano "Single End" e non sono adatti per misure su potenziali diversi. Spesso viene tolto il collegamento di terra, operazione molto pericolosa per chi opera con lo strumento che inoltre esclude da ogni responsabilità il costruttore.

Tensione d'ingresso: 1400 VDC+ACpicco Precisione: ± 2% Isolamento: 4000V. Attenuazione: 200:1, 20:1. Campo di frequenza: DC-25MHz Tempo di salita: 14nS. Impedenza: 3MΩ. Connettore: BNC, cavo da 95 cm.

Sonde di corrente

Questo tipo di sonde permettono una misura diretta della corrente in un circuito e possono essere utilizzate per misure di corrente alternata e continua. Possiedono una pinza che avvolge il cavo attraverso il quale si vuole misurare la corrente e utilizzano la tecnologia ad effetto Hall che gli permette una buona risposta in frequenza. Con quella rappresentata in figura è possibile effettuare misure accurate di corrente in AC e DC da 5mA a 30A picco con una precisione di ±1%. Campo di corrente: 20A DC / 30A AC Precisione: ± 1% ± 2mA Isolamento: 3.7kV, 50Hz, 1min. Sensibilità: 100mV/A Campo di frequenza: DC-100kHz Risoluzione: ±1mA Impedenza: >100kΩ