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OSCILLOSCOPIO: GUIDA BASE
INTRODUZIONE
Imparare l'oscilloscopio
Questa breve e semplice lettura consente di capire il
principio base di funzionamento ed i possibili usi di un
oscilloscopio indipendentemente dalle prestazioni e dunque
dal costo dello stesso. Viene infatti usato per osservare
sia segnali lenti come gli impulsi generati dal battito
cardiaco sia segnali rapidi e saltuari che si trovano
nei dispositivi elettronici quali radio e ciruiti a
microprocessore.
A CHI SI RIVOLGE QUESTA GUIDA
A tutti coloro, principianti e non, che hanno un minimo di nozioni sulle grandezze
elettriche, e desiderano conoscere ed imparare ad usare questo
bello strumento non troppo complesso a dispetto del gran numero
di tasti, manopole e selettori che colpiscono a prima vista.
Metti il caso che a scuola nessuno te lo abbia spiegato.
Qui trovi la spiegazione dei principi di base e dei modi di
funzionamento ed utilizzazione dell'oscilloscopio analogico.
Tutti i concetti descritti valgono anche per capire ed usare
l'oscilloscopio digitale creato per replicare quello analogico
aggiungendogli tutte le migliorie possibili.
A COSA SERVE L'OSCILLOSCOPIO ?
Si tratta di uno strumento che visualizza graficamente
l'andamento di un segnale elettrico nel tempo (T).
Esegue misure di tipo qualitativo piuttosto che quantitativo,
ossia mostra il comportamento di una tensione (V) ma la misura
assoluta risulta meno precisa rispetto ad un voltmetro.
Quest'ultimo infatti consente di apprezzare facilmente per
esempio una tensione di 4,53V ai capi di una batteria mentre
con l'oscilloscopio si ottiene solamente un'indicazione approssimativa
di circa 4,5 Volt. Lo stesso dicasi per le misure temporali,
se ho bisogno di misurare una frequenza con precisione
devo usare un frequenzimetro.
COME SI PRESENTA
Lo schermo ha una griglia graduata
solitamente con 8 divisioni verticali
e 10 orizzontali.
Ogni quadretto ha 5 ulteriori
suddivisioni per ogni asse, utili
ad eseguire misurazioni migliori.
ASSE Y - Verticale - Tensione V
Esiste almeno un canale di entrata per il segnale di tensione V
da visualizzare (del caso a due canali parleremo poi).
Questo segnale passa attraverso un amplificatore a guadagno
regolabile tramite un apposito selettore a manopola che imposta
il valore in Y di ogni divisione.
Se dunque lo imposto a 2 V/Div significa che la massima ampiezza
visualizzabile del segnale in entrata diventa di 16V (2V per
8 divisioni), anzi rispetto allo zero centrale sono 8V positivi
ed 8V negativi.
ASSE X - Orizzontale - BASE TEMPI
Anche per questo asse esiste una manopola di selezione che imposta la base
temporale ossia quanto tempo vale una divisione.
Se ad esempio lo imposto a 10ms/Div vuole dire che il tempo
impiegato a tracciare tutto l'asse X, dura 0,1 secondi (10 ms per 10 divisioni = 100 ms).
Ognuna di queste passate le chiameremo scansioni.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Tramite un pennello elettronico viene illuminato un punto sullo
schermo. Quale sia il punto dipende dai due sistemi di deflessione
orizzontale e verticale. Come si intuisce l'asse verticale
viene pilotato dal segnale d'entrata mentre quello orizzontale
dalla base tempi interna. In assenza di un segnale entrante
il punto viene mosso da sinistra a destra disegnando una
linea orizzontale piatta.
Ora supponiamo di avere in entrata un segnale ad onda triangolare
con ampiezza di 10Vpp (picco picco) ed una frequenza di 25Hz, ossia che si ripete
25 volte al secondo. Un periodo dunque dura:
1/25 = 0,04 secondi = 40ms.
Se imposto il guadagno a 5V/Div e la base tempi a 10ms/Div
quello che viene tracciato ad ogni scansione sull'asse dei
tempi risulta come in questa figura:
Vale a dire un segnale alto 2
divisioni e che si ripete ogni
4 divisioni sull'asse X.
Se ora cambio il guadagno, cambio di conseguenza
le divisioni occupate in verticale (asse Y).
Cambiando invece la base tempi, cambiano le
divisioni occupate in orizzontale (asse X) ovviamente.
Appare dunque ovvio che,
opportunamente impostato, l'oscilloscopio
visualizza graficamente un segnale con
qualunque ampiezza, frequenza e forma.
Naturalmente entro i limiti massimi e
minimi indicati sui selettori.
TRIGGER
Bisogna evidenziare il fatto che viene disegnata una nuova traccia
ad ogni scansione dell'asse X e che dura per il tempo definito dalla
manopola della base tempi, nel nostro esempio 0,1 secondi.
A questo punto ci si rende conto che manca da capire il momento in
cui inizia una scansione o meglio che cosa la fa iniziare.
Trigger significa grilletto e svolge proprio questa funzione.
Chiamiamo trigger l'evento che avvia ogni singola scansione.
Questa sezione di fondamentale importanza
consente le due seguenti impostazioni:
- Selezione del fronte tra positivo e negativo.
- Impostazione del livello di tensione del trigger
in modo continuo (tramite un potenziometro analogico)
e non a scatti predefiniti.
In pratica con queste regolazioni definiamo che l'evento di
trigger (l'inizio della scansione) avviene quando il
segnale di entrata attraversa il livello di trigger in una
delle due possibili maniere, in salita per il fronte positivo
oppure in discesa per quello negativo.
Nella figura dell'esempio precedente si osserva che la traccia
inizia sul livello di zero (centro dell'asse Y) e quindi il
livello di trigger era impostato circa a zero volt mentre il
fronte era negativo.
Al termine della scansione (o della tracciatura in X)
il pennello elettronico viene spento
e riportato all'estrema sinistra (punto iniziale)
ad attendere il prossimo evento di trigger.
Grazie a questo sistema succede che, per segnali ripetuti
costantemente nel tempo, un nuovo evento di trigger si
ripeta identico al precedente e quindi una nuova scansione
ridisegna esattamente la stessa forma della precedente.
In questa situazione si dice che il trigger sia agganciato
al segnale, o che il segnale sia triggerato. Ad ogni modo
si riesce ad avere una figura stabile sullo schermo.
In mancanza di questa condizione invece si vede la forma
d'onda del segnale entrante che scorre sull'asse X.
Chiariamo meglio il concetto con un disegno. Se abbiamo per
esempio un segnale a dente di sega continuo nel tempo, si
deve immaginare che con l'oscilloscopio ne vediamo una parte,
quella che occupa una scansione. Al termine della scansione
il pennello elettronico viene spento e riportato a sinistra.
Questa operazione dura un tempo costante noto come
tempo di "HOLD-OFF" (H rimani spento). Quindi se a questo punto
inizia una nuova scansione succede che il nuovo punto di inizio
della traccia sarà diverso da quello della precedente
come si osserva in questa figura:
Dunque, in mancanza di trigger ecco cosa si vede,
il nostro segnale entrante che scorre sull'asse dei tempi.
Apri esempio animato (nuova finestra)
Esempio animato (stessa finestra)
MODI DEL TRIGGER
Ogni oscilloscopio ha almeno 3 modi base di impostazione del
trigger:
- SINGLE - Singolo, la scansione avviene solo una volta, al primo
evento di trigger. Per attenderne un'altra si deve ri-abilitare
manualmente il trigger con l'apposito pulsante. In questo modo
si vede solamente un'unica tracciata al primo evento di trigger
la cui durata dipende dall'impostazione della base tempi.
- NORMAL - Normale, la scansione ricomincia solo in presenza
dell'evento di trigger. Al termine della scansione la traccia
viene riportata al punto iniziale (a sinistra dello schermo)
e resta in attesa del prossimo evento di trigger.
Quindi se mancano gli eventi di trigger nel modo
normal non si vede alcuna traccia.
- AUTO - Automatico, la scansione ricomincia automaticamente ad ogni
fine scansione anche in mancanza dell'evento di trigger.
In questo modo si vede sempre una traccia anche in assenza di segnale
in ingresso. Quando entra un segnale piccolo, ossia di ampiezza tale
da non generare un evento di trigger, riesco comunque a vedere il
segnale ma questo scorre sullo schermo come
qui sopra descritto.
Esiste poi su alcuni oscilloscopi, una sezione speciale del trigger.
Consente di ritardare il trigger o di allargare la base tempi in una zona
della scansione ma queste cose sono particolari di certi modelli
e cambiano da uno all'altro, vanno quindi viste caso per caso.
Qui rimaniamo concentrati sull'uso di base.
Ora prosegui con la
descrizione pratica
dei numerosi pulsanti, commutatori eccetera.
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