Laboratorio: spettro di un segnale

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In laboratorio è possibile fare misure sullo spettro di un segnale utilizzando:

un oscilloscopio digitale dotato di modulo FFT (Fast Fourier Transform)
un analizzatore di spettro come quello mostrato nella fotografia di apertura, strumento tipicamente usato per segnali a radiofrequenza

In questa pagina utilizzeremo un Picoscope 3405A prodotto da Pico Technology ed il software Picoscope v 6.x, l'ultimo disponibile nel momento della prima stesura di questa pagina. Una versione più aggiornata è disponibile alla pagina Laboratorio: spettro di un segnale

Esempio 1

Generiamo un segnale ad onda quadra con ampiezza a scelta e frequenza di qualche kHz. Visualizziamo il segnale nel dominio del tempo collegando direttamente l'uscita del Generatore di Funzioni ad una sonda:

Sonda collegata direttamente al GdF

Onda quadra

Per visualizzare lo spettro occorre utilizzare le icone di seguito evidenziate.

Occorre in particolare impostare le seguenti opzioni:

Scegliere una scala lineare sia per l'asse X che per l'asse Y (nota 2)
Impostare un numero sufficientemente elevato di Spectrum Bins, in pratica la risoluzione orizzontale
Ingrandire con la funzione Zoom il primo tratto dell'asse X, quello in cui sono presenti le armoniche di ampiezza significativa

Con i cursori è possibile misurare l'ampiezza e la frequenza delle singole linee spettrali (consiglio: Peak nearest ruler 1)

Attività:

Confrontare con quanto mostrato nella pagina Onda rettangolare.
Cosa succede se si aumenta la frequenza?
Cosa succede se si aumenta l'ampiezza?
Cosa succede se si inserisce un offset (valor medio)?

Esercizio 2

Generare un segnale rettangolare con frequenza di qualche kHz.

Attività:

Confrontare lo spettro con quanto mostrato nella pagina Onda rettangolare.
Cosa succede, a parità di frequenza, se si aumenta o diminuisce il T_ON?
Cosa succede se si diminuisce o si aumenta la frequenza lasciando invariato il T_ON?

Esercizio 3

[Approfondimento] Esplorare lo spettro di altri segnali (triangolare o sinusoidale, per esempio).

Esercizio 4

[Approfondimento] Generare e commentare il seguente spettro, praticamente una modulazione di frequenza:

Sprettro di un segnale FM

Esercizio 4

[Approfondimento avanzato] Generare con Arduino una sequenza seriale continuamente variabile, da trasmettere con l'interfaccia SPI (attività 1). Analizzare lo spettro del segnale presente sul segnale MOSI.

Note

T_ON è il tempo per cui il segnale rimane altro, T_OFF è il tempo per cui il segnale rimane basso. Escludendo eventuali tempi di transizione, il periodo è T = T_ON + T_OFF. Il Duty Cycle è, in percentuale, il rapporto tra T_ON e T: DC% = T_ON / T
Nelle misure reali viene in genere preferita la scala logaritmica per le tensioni, ma questa tende a confondere se non è ben chiaro il suo significato ed il suo uso

Data di creazione di questa pagina: ottobre 2020
Ultima modifica: 5 settembre 2023