Oscilloscopio 101

L'oscilloscopio che verrà utlizzato come riferimento )Picoscope serie 3000)

In questa esercitazione utilizzeremo un oscilloscopio digitale per effettuare misure su segnali sinusoidali. Si tratta di una pagina introduttiva per l'uso dello strumento fondamentale del laboratorio di elettronica (nota 3).

Lo strumento che utilizzeremo è un Picoscope 3405A prodotto da Pico Technology, Il software usato è la versione 6.14.23 del maggio 2020, l'ultima disponibile nel momento della stesura di questa pagina. Per i nostri scopi è comunque adatto un qualunque modello di un qualunque produttore purché dotato di generatore di funzioni interno oppure separato. Ovviamente i dettagli potranno essere diversi.

Preliminari

Prima di iniziare verifichiamo di:

Individuiamo sullo strumento:

Attenzione: pur essendo tutti questi connettori meccanicamente compatibili è importante usare esclusivamente le sonde per gli ingressi e i cavi RG58 per l'uscita del generatore di segnali.

Osserviamo come abbiamo impostato in commutatore X1 / X10 della sonda, se presente: ci servirà. In genere si preferisce la posizione X10 (maggiore banda passante, minor carico sul circuito) anche se ciò potrebbe implicare qualche problema nella misura dei segnali più piccoli.

Individuare infine sulla schermata del programma:

Generiamo una sinusoide

Il primo circuito che andremo a realizzare è un... non circuito; lo useremo per fare le prime misure e acquisire confidenza con il software.

Il primo... non circuito

Occorre semplicemente collegare la sonda al cavetto rosso dal cavo coassiale RG58 ed il coccodrillo dalla sonda a quello nero del RG58. Attenzione a non invertire.

A questo punto possiamo:

Per effettuare correttamente le misure occorre visualizzare il segnale in modo simile a quanto mostrato nelle immagini di questa pagina agendo sui comandi:

Usiamo i cursori

Esistono due tipi di cursori:

Per usarli basta trascinarli con il mouse nella posizione voluta, togliendoli dalla posizione di riposo lungo i bordi.

Misure con i cursori

Le tensioni ed i tempi misurati sono presentati in una tabella, sia come valore che come differenza tra i due cursori omologhi (Δ). Per il tempo è mostrata anche il reciproco della differenza, cioè la frequenza se i cursori sono stati posizionati per la misura del periodo.

Misure automatiche

Molte misure possono essere effettuate automaticamente. Nell'esempio seguente è mostrata la misura del valore efficace (True RMS), del valor medio (DC Average) e della frequenza.

Misure automatiche

Misure su più segnali

Realizziamo il seguente circuito RC, individuando con VIN e VOUT i punti in cui inserire due sonde dell'oscilloscopio.

Utilizzeremo un resistore da 10 kΩ o poco più ed un condensatore da 1 nF o poco più. Come frequenza del segnale sinusoidale scegliamo, per cominciare, qualche kHz; l'ampiezza non è rilevante.

Circuito RC

Una possibile realizzazione pratica è visibile nella seguente immagine. Si osservi in particolare come i coccodrilli delle due sonde devono essere collegati entrambi al cavetto nero del cavo RG58: questo punto è collegato alla terra dell'impianto elettrico attraverso i cavi di alimentazione degli strumenti. Al fine di garantire la necessaria accuratezza nella misura è vivamente consigliato impostare le due sonde e la corrispondente voce nel software come X10.

Circuito RC

L'oscilloscopio può mostrare contemporaneamente le due tracce per ciascuna delle quali è possibile fare le stesse misure già illustrate. In genere le tracce sono identificate da un colore (blu e rosso in figura) a cui corrisponde il colore degli assi verticali; le scale verticali possono essere uguali (come nell'esempio) oppure diverse tra di loro.

Oscilloscopio con due tracce

Misurare la fase

I due segnali mostrati sono chiaramente non in fase tra di loro: il passaggio dall'asse orizzontale non è contemporaneo!

Misura della fase

Per misurare la differenza di fase (o semplicemente fase) tra i due segnali occorre:

  1. Posizionare il cursore circolare verde con l'etichetta 0° all'inizio di un periodo di VIN, in corrispondenza del passaggio per l'asse orizzontale
  2. Posizionare il cursore circolare verde con l'etichetta 360° alla fine del periodo di VIN
  3. Posizionare un cursore quadrato in corrispondenza del passaggio per l'asse orizzontale di VOUT (nota 1)

La fase tra i due segnali è indicata nella tabella (-48° nell'esempio mostrato).

Misurare il guadagno

Il guadagno (G, gain) di un circuito è definito come il rapporto tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso (nota 2); ovviamente è un numero puro. Tali tensioni possono essere indifferentemente la VPP, la VRMS o la VP, purché venga scelta la stessa grandezza per ingresso ed uscita.

Nel caso mostrato: G = VOUTRMS / VINRMS = 443 mV / 694 mV = 0.64

A volte il guadagno è indicato in unità logaritmiche attraverso la formula GdB = 20 · log10(G). L'unità di misura adimensionale è il decibel (dB).

Nell'esempio il guadagno in decibel è: GdB = 20 · log10(0.64) = -3.9 dB

Esercizio 1

Mantenendo invariati i valori di R e C, modificare la frequenza del segnale e misurare il guadagno e la fase. Essendo un'attività piuttosto noiosa meglio limitarsi a tre misure:

Note

  1. Esistono più punti che hanno questa caratteristica. In genere si preferisce scegliere il più vicino alla posizione del cursore identificato dall'etichetta 0°: così facendo la fase è, in modulo, minore di 180°
  2. Si tratta di una definizione parziale perché le due grandezze di ingresso ed uscita potrebbero essere diverse, sia perché in genere si tratta di una funzione e non di un numero. Qui una trattazione più ampia
  3. In American university course numbering systems, the number 101 is often used for an introductory course at a beginner's level in a department's subject area. [...] Based on this usage, the term "101" has been extended to mean an introductory level of learning or a collection of introductory materials to a topic.


Data di creazione di questa pagina: settembre 2020
Ultima modifica: 17 settembre 2020


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