Oscilloscopio by Prof. Salvatore Puglisi

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
Asse x
Fascio di elettroni
Asse y
7
8
5
1 2
3
4
6
schermo
Alimentazione Cannone
Cannone elettronico
1: Filam. Riscaldamento
4: Anodi di focalizzazione 7: Placche di deflessione verticale
2: Catodo
5: Anodo acceleratore
3: Griglia schermo
6: Placche di deflessione orizzontale
8: Anodo post-acceleratore
Il Tubo ed il Cannone elettronico
Asse x
Fascio di elettroni
Asse y
7
8
+
5
1 2
3
4
6
schermo
Alimentazione Cannone
Cannone elettronico
1: Filam. Riscaldamento
4: Anodi di focalizzazione 7: Placche di deflessione verticale
2: Catodo
5: Anodo acceleratore
3: Griglia schermo
6: Placche di deflessione orizzontale
8: Anodo post-acceleratore
Il Tubo ed il Cannone elettronico
Asse x
Fascio di elettroni
Asse y
7
8
5
1 2
3
4
6
+
schermo
Alimentazione Cannone
Cannone elettronico
1: Filam. Riscaldamento
4: Anodi di focalizzazione 7: Placche di deflessione verticale
2: Catodo
5: Anodo acceleratore
3: Griglia schermo
6: Placche di deflessione orizzontale
8: Anodo post-acceleratore
La deviazione del fascio lungo l’asse dei tempi
A
B
VB-VA
+
VbVa
Onda a dente di sega
t
Schema di un oscilloscopio
Rete ritardo
In 1
Attenuat.
Amplific.
In 2
Attenuat.
Amplific.
Selet.
1-2
CRT
Ext.
Assi ampiezze
(verticale)
Selettore
Trigger
c
ac
dc
Placche di
deflessione
Amplific.
Regol.
Amplific.
Alimentatore
Cannone el.
in
gnd
Ingressi 1/2
Generat.
d. sega
Blank
Asse dei tempi (orizzontale)
Alimentatore
Alimentazione
Il pannello dell’oscilloscopio
Continuo
(con blocco di
taratura)
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
A scatti
La taratura
1: Rotazione della traccia
2: Contatto segnale di taratura
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
La taratura
1: Rotazione della traccia
2: Contatto segnale di taratura
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
L’alimentazione
1: LED
2: Interruttore di accensione
3: Contatto di massa
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
La regolazione dell’immagine
1: Intensità della traccia
2: Focalizzazione
3: Illuminazione reticolo
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
La regolazione dell’immagine
1: Intensità della traccia
2: Focalizzazione
3: Illuminazione reticolo
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
La regolazione dell’immagine
1: Intensità della traccia
2: Focalizzazione
3: Illuminazione reticolo
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
La regolazione dell’immagine
1: Intensità della traccia
2: Focalizzazione
3: Illuminazione reticolo
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
L’asse dei tempi
1: Ingrandimento
2: Separazione tracce
3: Taratura sec/cm
4: Posizione orizzontale
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
L’asse dei tempi
1: Ingrandimento
2: Separazione tracce
3: Taratura sec/cm
4: Posizione orizzontale
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
L’asse dei tempi
1: Ingrandimento
2: Separazione tracce
3: Taratura sec/cm
4: Posizione orizzontale
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
Il 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
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
Il trigger
La visualizzazione
1: A
2: Alternato
3: B
4: X-Y
5: Modalità
(CH1 – CH2 – ALT – CHOP
ADD)
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
Il canale verticale 1 (X)
1: AC-DC
2: Massa
3: Taratura V/cm
4: Posizione verticale
5: Ingresso CH1 (X)
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
Il canale verticale 1 (X)
1: AC-DC
2: Massa
3: Taratura V/cm
4: Posizione verticale
5: Ingresso CH1 (X)
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
Il canale verticale 2 (Y)
1: Posizione verticale
2: Taratura V/cm
3: AC - DC
4: Massa
5: Ingresso CH2 (Y)
TARATURA
TRIGGER
ALIMENTAZ.
VISUALIZZ.
REGOLAZ.
CANALE 1
ASSE OR.
CANALE 2
Sonda Compensata
Sonda Compensata
Le misure con l’oscilloscopio
Qualitative: Forma d’onda
Disturbi e rumori
misure
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
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.
figure di Lissajoux per diversi rapporti di frequenze e differenze di fase
Misure di sfasamento
Premessa
Prima 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 schermo 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 sfasamento
Indicando 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 : n
dove:
360° è l'angolo corrispondente ad un periodo;
φ è l'angolo di fase Incognito;
Misure di sfasamento
dalla precedente si ha:
Nel caso In esame, risulta:
N = 10 div . ,
n ≈ 1,2 div.,
per cui
φ ≈ 43°
teorico
φ ≈ 45° ;
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)
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
Il multimetro digitale
Schema del voltmetro digitale
IN
Vin
Comp.
1
Gen.
Rampa
Vr
Gen.
Clock
AND
Contatore
binario
Comp.
2
Display
Misura di una tensione continua
IN
Vin
Comp.
1
Gen.
Clock
clock
Gen.
Rampa
AND
Vr
Contatore
binario
Comp.
2
V
Display
Vr
Vin
t0
t
AND & Contatore
1
Stati
logici
0
Comparatore 1
1
0
Comparatore 2
Misura di una tensione variabile
V
campionatura
Vin
t
Δt = tempo di conversione
Δt
Gli errori in uno strumento digitale 1
out
out
in
in
Risposta teorica
Risposta reale
Diverso comportamento dei dispositivi di conversione presenti
in
D/A
out
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 3
Comportamento teorico
Comportamento reale
in
s/h
+
out
C
Sample-hold
(memoria analogica)
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%!!!
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%