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Oscilloscopio a basso costo (100,00 Euro) 

OSCILLOSCOPIO: icona oscilloscopio Approfondiamo

con qualche esempio


Questa parte della guida (o tutorial come si dice) viene dedicata ai principianti per capire meglio le varie situazioni che si possono verificare durante l'uso dell'oscilloscopio.


Tempo di riscaldamento/assestamento

Dal momento in cui viene acceso ogni strumento di misura si scalda e quindi solo dopo il tempo di assestamento gli errori saranno minori della massima tolleranza ammessa. Questo è tanto più importante quanto maggiore è la precisione. L'oscilloscopio si scalda come gli altri ma, come accennato nella sezione introduttiva, le misure non hanno una precisione molto elevata, pertanto il tempo di riscaldamento non assume fondamentale importanza. L'unica cosa degna di nota anche se molto evidente riguarda quei 15 o 20 secondi necessari al riscaldamento del catodo nel CRT (tubo a raggi catodici). Come nelle vecchie radio a valvole e nei vecchi televisori, incomincia ad emettere il fascio di elettroni solo quando raggiunge la sua giusta temperetura di lavoro. Quindi all'accensione siate pazienti.


Clicca per ingrandire Onda triangolare Misura di picco e picco - picco

Come si intuisce il valore picco picco indica la massima escursione verticale di un sengale ossia la differenza tra i livelli estremi (massimo positivo e massimo negativo). Invece il valore di picco è la metà dato che indica il massimo valore rispetto allo zero. Nell'onda triangolare della figura, il valore picco picco vale due divisioni. Supponendo di avere impostato 1V/Div il valore risultante è 2 Vpp (picco-picco) cui ovviamente corrisponde un valore di 1 Vp (picco). Questo concetto si applica ad ogni tipo di forma d'onda del segnale.

Accoppiamento del segnale entrante

Può essere in corrente continua DC (Direct current coupling) oppure in corrente alternata AC (Alternating current coupling).
  • Quando si accoppia in AC, significa che il segnale entra passando attraverso un condensatore (in serie) il quale svolge la funzione di bloccare la componente continua, lasciando passare solo le variazioni alternate del segnale, anzi diciamo rapide visto che si realizza un filtro passa alto (ossia lascia passare le frequenze alte).
  • Quando invece si accoppia in DC significa che il segnale entra direttamente senza alcun filtro e quindi passa e si osserva anche la componente continua del segnale.
Supponiamo ora di voler osservare il segnale di ripple (increspamento) in uscita da un alimentatore. Si tratta in genere di un piccolo segnale sovrapposto ad una tensione continua che in confronto è molto maggiore. Ad esempio potremmo avere una tensione continua di 12 Volt sulla quale si sovrappone un ripple di 0,05 Volt picco picco. Accoppiando in DC e impostando 2 V/Div vedremo una linea che si trova 6 divisioni sopra lo zero ma il ripple sarà appena osservabile e di certo non misurabile.

Allora per misurare il ripple dovremo ridurre la scala per esempio a 20 mV/Div ma il segnale uscirebbe dallo schermo per via della componente continua e quindi siamo obbligati ad accoppiare in AC il segnale.

Nel momento in cui ha inizio il disaccoppiamento da parte del condensatore si osserva un repentino spostamento del segnale che nel giro di poco tempo si assesta intorno allo zero. Tutto questo è dovuto alla carica del condensatore di accoppiamento che deve eguagliare il valore della tensione continua da bloccare. Se dopo spostiamo la sonda dal 12V e tocchiamo la massa (lo zero) vedremo il fenomeno opposto dovuto alla scarica dello stesso condensatore.


Come facilitare le misurazioni

Quando si vuole fare una misura è comodo usare i potenziometri di posizione X ed Y per spostare la traccia in modo che incroci esattamente una riga della griglia e quello diventa il punto iniziale dal quale contare le divisioni. Chiariamo meglio osservando la figura. Clicca per ingrandire Misurazione di una sinusoide distorta Per misurare l'ampiezza picco-picco "V" di questo segnale lo sposto in Y per appoggiare il suo picco inferiore su una riga della griglia, poi lo sposto in X centrando un picco superiore sull'asse graduato e quindi leggo la sua ampiezza indicata da "V" che vale quattro divisioni e due quinti. Supponendo che ogni divisione valga 1 Volt si calcola facilmente il valore di 4,4 Vpp del segnale.

Anche per le misure sull'asse dei tempi "X" vale lo stesso metodo. Muovo il segnale in X per incrociare una riga verticale in una zona ripida del segnale, più è ripida maggiore è la precisione di posizionamento e lettura. Ora lo sposto in Y per portare il punto sull'asse graduato della X e leggo la durata "T" che vale tre divisioni e tre quinti. Se la base tempi era di 2ms/Div ottengo un periodo di 7,2ms. Facile vero?

Ultimo consiglio, nell'esempio si osservano sul quadrante due interi periodi ed oltre, posso dunque dimezzare la base tempi ad 1ms/Div in modo che un periodo occupi il doppio (la somma dei due "T" in figura). In tal modo potrò leggere con maggior precisione sette divisioni ed un quinto. Anche in tal caso il risultato sarà di 7,2ms ovviamente.


Tempi di salita e discesa

Per misurare i tempi di salita e discesa di un segnale a gradino si deve sapere che il tempo di salita viene definito come il tempo che un segnale impiega per andare dal 10 al 90 percento della sua ampiezza. Questo per poter escludere tutti i fenomeni di overshoot ed undershoot (sovra e sotto elongazione) dalla misura che sono dovuti a vari fattori non legati ai tempi in questione ma ad esempio a riflessioni del segnale, ad instabilità di un circuito eccetera.
Si tratta dunque di misuare il tempo di transito tra due livelli di tensione definiti come rapporto rispetto al valore picco picco, perciò non è indispensabile conoscere l'ampiezza assoluta del segnale.

Esecuzione della misura

Risulta comodo procedere scalibrando il guadagno sino a portare il segnale picco picco tra +2,5 e -2,5 divisioni verticali rispetto allo zero centrale. Sul quadrante infatti è lì che troviamo le due demarcazioni dello 0 e del 100 percento. Va da se che in questo modo le divisioni +2 e -2 sono rispettivamente il 90% ed il 10% rispetto al valore picco picco. Ed ecco che dove esse incrociano il segnale definiscono i due punti di misura del tempo di salita o discesa che sia. Notare che la base tempi non deve essere scalibrata.


Banda passante per Tempo di salita = 0,35

Moltiplicando la banda passante per il tempo di salita di un oscilloscopo analogico si ottiene la costante 0,35. Quella giusta sarebbe 0,339 ma il valore usato in pratica rimane 0,35 perchè si ricorda meglio ed introduce un piccolo margine di tolleranza. Prendiamo ad esempio un oscilloscopio con banda passante di 120MHz, applicando la formula
Tempo di salita = 0,35 / Banda passante
si ricava : T = 0,35 / 120 Mhz = 2,91 ns
Questo significa che lo strumento permette di osservare e misurare segnali con un tempo di salita maggiore di 2,9 ns (ossia vedremo solo i più lenti, vedi nota). Bisogna comunque tenere presente che si tratta di un metodo per dare l'ordine di grandezza del limite e non di una rigida regola ferrea. Infatti nell'esempio suddetto, se il tempo di salita del segnale fosse 2,95 ns piuttosto che 2,80 ns non significherebbe che in un caso si veda benissimo e nell'altro non si veda per niente. Tutto questo si deve al fatto che gli oscilloscopi analogici hanno una risposta in frequenza di tipo gaussiano.
Se volete capire da dove nasce questa formula andatevi a leggere a questo link le basi del circuito RC, verso il fondo trovate la risposta.
Invece nei moderni oscilloscopi digitali (detti DSO) le cose sono cambiate. Per questi la costante oscilla tra 0,4 e 0,5 ma dipende da marca e modello, lo deve quindi necessariamente dichiarare il costruttore. In generale comunque i modelli digitali sono superiori da questo punto di vista.

Nota: Non fate mai confusione tra il tempo di salita e la frequenza del segnale. Esse sono due grandezze ben diverse tra loro e non necessariamente legate come invece il periodo di ripetizione il quale è sempre l'inverso della frequenza. Ad esempio si possono avere frequenze molto basse con tempi di salita molto rapidi (pensiamo alle onde quadre).


Oscilloscopio analogico e digitale

La memoria

Appare intuitivo che gli oscilloscopi a memoria siano molto comodi per osservare fenomeni non ripetitivi. Concettualmente non importa se si dispone di uno strumento analogico o digitale quel che importa è che abbia la memoria.

Nella spiegazione del trigger abbiamo visto i tre modi possibili, AUTO, NORMAL e SINGLE. Ebbene, tra questi il modo SINGLE si presta perfettamente per stabilire il momento in cui memorizzare una scansione.

Certamente i moderni oscilloscopi digitali sono più potenti e facili da usare ma i concetti di base non cambiano.

Analogico o digitale

Negli oscilloscopi digitali è implicito che la memoria sia presente. Bisogna comunque essere coscienti del fatto che i segnali vengono campionati e quindi la frequenza di campionamento introduce un battimento con la frequenza del segnale da visualizzare. Senza farla troppo lunga in pratica significa che ad esempio un segnale sinusoidale ad alta frequenza quando osservato con bassi tempi di scansione potrebbe essere visualizzato come sinusoide a bassa frequenza inducendo in errore se non si è consapevoli del problema. Gli oscilloscopi analogici con memoria non hanno questo problema ma sono ormai rari e costosi. Dubito che ne esistano ancora in commercio. Comunque la memorizzazione avveniva direttamente sullo schermo di visualizzazione in modo analogico. In conclusione direi che certamente i digitali hanno soppiantato gli analogici infatti sono oramai meno costosi e con migliori prestazioni.

Contatti

Per concludere se avete
  • correzioni da segnalare
  • altre domande sull'oscilloscopio
  • suggerimenti di ampliamento alla guida
  • altro ancora...
scrivetemi al seguente indirizzo bbaba chiocciolina tiscali punto it ed avrete la mia gratitudine oltre ad una risposta. La cosa potrebbe servire a realizzare una sezione di F.A.Q. (domande frequenti) per esempio.

PS: Per mandare la e-mail bisogna sostituire le parole chiocciolina e punto con i relativi simboli. Questo accorgimento serve a ridurre lo spam rendendo difficoltosa la vita ai programmi di ricerca automatica degli indirizzi e-mail.

sito internet = http://www.bbaba.altervista.org
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Ultima modifica : 2 Gennaio 2010