ELETTRONICA ELETTROTECNICA AUTOMAZIONE ......ELETTRONICA • ELETTROTECNICA • AUTOMAZIONE LABORATORIO 3^ AER D - A.S. 2017/2018 OSCILLOSCOPIO Data: 09 - 03 - 2018 Studente: CAFFAR

ELETTRONICA • ELETTROTECNICA • AUTOMAZIONE LABORATORIO

3^ AER D - A.S. 2017/2018

OSCILLOSCOPIO Data: 09 - 03 - 2018 Studente: CAFFAR LORENZO

ELETTRONICA • ELETTROTECNICA • AUTOMAZIONE

LABORATORIO 3^ AER D - A.S. 2017/2018


Indice Indice 2

Definizioni / Acronimi / Parole Chiave 3

Premessa 16

Elenco Strumenti, Apparecchiature e Dispositivi 16

Schemi 17

Descrizione della Prova 18

Obiettivi 18

Descrizione delle Apparecchiature 18

Diagrammi 19

Figure e Diagrammi di Flusso 21

Conclusioni 24

Bibliografia / Sitografia / Riferimenti 25

pag. 2 di 25




Definizioni / Acronimi / Parole Chiave • Accoppiamento: metodo per collegare due circuiti tra di loro. Se i circuiti sono collegati con conduttori

puramente resistivi l’accoppiamento è diretto (DC), mentre se sono collegati attraverso un condensatore o un trasformatore l’accoppiamento è reattivo (AC).

• Ampiezza: grandezza di quantità o forza di un segnale. In elettronica l’ampiezza in genere si riferisce alla tensione o alla potenza.

• Amplificazione: aumento dell’ampiezza del segnale mentre si propaga. • Analizzatore di stati logici: strumento per la visualizzazione in funzione del tempo degli stati logici dei

segnali digitali. • Asse Z: caratteristica del display di un oscilloscopio che mostra le variazioni di luminosità mentre si forma

la traccia. • Attenuazione: riduzione dell’ampiezza del segnale mentre si propaga. • Base dei tempi: circuiti dell’oscilloscopio che regolano la temporizzazione della scansione. • Base dei tempi ritardata: base dei tempi la cui scansione può avviarsi a un istante predeterminato della

scansione della base dei tempi principale. • Bit effettivi: misura della capacità di un oscilloscopio digitale di ricostruire con precisione l’andamento

di un segnale a onda sinusoidale, risultante dal confronto tra l’errore effettivo dell’oscilloscopio e l’errore di un teorico digitalizzatore "ideale".

• Calcolo della media: tecnica di elaborazione impiegata dagli oscilloscopi digitali per eliminare il rumore dai segnali visualizzati.

• Campionamento: conversione di una parte del segnale d’ingresso dell’oscilloscopio in un numero di valori discreti a scopo di memorizzazione, elaborazione e/o visualizzazione.

• Campionamento in tempo equivalente: modalità di campionamento con la quale l’oscilloscopio digitale crea una traccia di un segnale periodico acquisendo una parte dell’informazione complessiva durante ciascuna ripetizione.

• Campionamento in tempo reale: modalità di campionamento con la quale l’oscilloscopio acquisisce quanti più campioni possibile con una sola acquisizione con trigger.

• Campioni: dati non elaborati all’uscita di un convertitore A/D, utilizzati per calcolare i punti della forma d’onda.

• Collegamento con la terra: trattasi della connessione di un circuito o un apparecchio con il potenziale di terra per stabilire e mantenere una tensione di riferimento.

• Compensazione: operazione di regolazione eseguita su sonde passive (attenuatrici) per bilanciare la capacità della sonda rispetto a quella dell’oscilloscopio.

• Convertitore analogico-digitale (A/D): dispositivo elettronico digitale che trasforma un segnale elettrico in valori discreti (binari).

• Corrente alternata: segnale la cui corrente e tensione variano con andamento periodico nel tempo. Indica anche uno dei tipi (AC) di accoppiamento del segnale.

• Corrente continua: segnale a corrente e/o tensione costanti. Indica anche uno dei tipi (DC) di accoppiamento del segnale.

• Digitalizzazione: procedimento con il quale un convertitore analogicodigitale (A/D) inserito nel sistema di deflessione orizzontale campiona un segnale a istanti discreti e trasforma la tensione del segnale in corrispondenza di questi istanti in valori digitali detti campioni.

• Durata dell’impulso: tempo durante il quale l’impulso passa dal valore basso a quello alto e di nuovo a quello basso, convenzionalmente misurato in corrispondenza del 50% della tensione massima.

• Fase: tempo intercorrente tra l’inizio di un ciclo e l’inizio del ciclo successivo, misurato in gradi. • Focalizzazione: comando dell'oscilloscopio che regola il fascio di elettroni del tubo catodico (CRT) per il

controllo della nitidezza della traccia visualizzata. • Forma d’onda: rappresentazione grafica di una tensione variabile nel tempo. • Frequenza: numero di ripetizioni di un segnale in un secondo. Si misura in hertz (cicli al secondo) ed è

pari a 1/periodo. pag. 3 di 25




• Frequenza di acquisizione della forma d’onda: indica la velocità con la quale un oscilloscopio

acquisisce le forme d’onda e si esprime in forme d’onda al secondo (wfms/s). • Frequenza di campionamento: frequenza alla quale un oscilloscopio digitale acquisisce i campioni del

segnale; si misura in campioni al secondo (S/s). • Gigahertz (GHz): unità base di misura della frequenza, multiplo dell’hertz; equivale a 1 miliardo di hertz. • Glitch: errore intermittente ad alta frequenza in un circuito. • Hertz (Hz): unità di misura della frequenza, corrispondente a un ciclo al secondo. • Holdoff del trigger: comando per la regolazione del tempo successivo a un trigger valido, durante il quale

l’oscilloscopio non può comandare il trigger. • Impulso: andamento comune di una forma d’onda che presenta un fronte ascendente veloce, una durata e

un fronte discendente veloce. • Integrità del segnale: ricostruzione precisa di un segnale, determinata dai sistemi e dalle prestazioni di

un oscilloscopio, oltre che dalla sonda impiegata per acquisire il segnale stesso. • Intensità graduale: informazioni sulla frequenza con cui si presentano le caratteristiche di una forma

d’onda, essenziali per valutarne l’andamento effettivo. • Interpolazione: tecnica di elaborazione consistente nell’unire i punti tra di loro per approssimare

l’andamento di una forma d’onda ad alta frequenza in base a solo alcuni campioni. Esistono due tipi di interpolazione: lineare e sin(x)/x.

• Inviluppo: profilo formato dai valori massimi e minimi di un segnale, acquisiti nel corso di numerose ripetizioni della forma d’onda visualizzata.

• Kilohertz (kHz): unità base di misura della frequenza; multiplo dell’hertz, equivale a 1.000 hertz. • Larghezza di banda: gamma di frequenze, in genere limitata dai punti a -3 dB. • Livello di trigger: livello di tensione che deve essere raggiunto dal segnale di comando del trigger prima

che il circuito di trigger avvii una scansione. • Lunghezza di registrazione: numero di punti della forma d’onda adoperato per creare una registrazione

del segnale. • Megacampioni al secondo (MS/s): unità di misura della frequenza di campionamento; equivale a 1

milione di campioni al secondo. • Megahertz (MHz): unità base di misura della frequenza; multiplo dell’hertz, equivale a 1 milione di hertz. • Microsecondo (µs): unità base di misura del tempo, sottomultiplo del secondo; equivale a un milionesimo

di secondo. • Millisecondo (ms): unità base di misura del tempo, sottomultiplo del secondo; equivale a un millesimo di

secondo. • Modalità Alternate: modalità di visualizzazione con la quale l’oscilloscopio completa la traccia relativa

a un canale prima di cominciare a tracciare la forma d’onda relativa a un altro canale. • Modalità Chop: modalità di visualizzazione con la quale per ciascun canale vengono tracciati in sequenza

brevi tratti nel tempo in modo da visualizzare simultaneamente più di una forma d’onda. • Modalità di acquisizione: modalità che regolano la creazione dei punti della forma d’onda in base ai

campioni. Alcuni tipi sono la modalità Sample (campionamento semplice), Peak Detect (rilevazione del picco), Hi Res (risoluzione elevata), Envelope (inviluppo) e Average (calcolo della media).

• Modalità di trigger: determina se l’oscilloscopio traccia o meno la forma d’onda se non rileva un trigger. Le modalità di trigger comuni sono NORMAL e AUTO.

• Nanosecondo (ns): unità base di misura del tempo, sottomultiplo del secondo; equivale a un miliardesimo di secondo.

• Onda: termine generico per indicare una sequenza periodica nel tempo. I tipi più comuni di onda sono: sinusoidale, quadra, rettangolare, a dente di sega, triangolare, gradino, impulso, periodica, non periodica, sincrona e asincrona.

• Onda quadra: onda di andamento comune, composta da impulsi quadrati periodici. • Onda sinusoidale: onda definita matematicamente con una curva che rappresenta la funzione

trigonometrica seno.

pag. 4 di 25




• Oscilloscopio: strumento per la visualizzazione delle variazioni di tensione dei segnali nel tempo. La

parola deriva da “oscillazione”, in quanto gli oscilloscopi sono adoperati spesso per misurare tensioni oscillanti.

• Oscilloscopio analogico: strumento che visualizza forme d’onda applicando il segnale d’ingresso (condizionato e amplificato) lungo l’asse verticale di un fascio di elettroni che si sposta sullo schermo di un tubo a raggi catodici (CRT) da sinistra a destra. Uno strato di fosfori chimici sul CRT crea una traccia luminosa nei punti colpiti dal fascio.

• Oscilloscopio campionatore: tipo di oscilloscopio digitale che impiega il metodo di campionamento in tempo equivalente per acquisire e visualizzare campioni del segnale, ideale per acquisire con precisione i segnali le cui componenti sono a frequenza molto più alta della frequenza di campionamento dell’oscilloscopio.

• Oscilloscopio digitale: tipo di oscilloscopio che impiega un convertitore analogico-digitale (A/D) per trasformare la tensione misurata in dati digitali. Ne esistono tre tipi: a memoria digitale, ai fosfori digitali e campionatore.

• Pendenza: in un diagramma o sullo schermo dell’oscilloscopio, il rapporto tra una distanza verticale e una orizzontale. Se la pendenza è positiva, la retta che la rappresenta è inclinata da sinistra a destra; se è negativa, la retta è inclinata da destra a sinistra.

• Pendenza di trigger: pendenza che deve essere raggiunta dal segnale di comando del trigger prima che il circuito di trigger avvii una scansione.

• Periodo: tempo necessario affinché un’onda completi un ciclo, uguale a 1/frequenza. • Precisione del guadagno: indica la precisione con la quale il sistema di deflessione verticale attenua o

amplifica il segnale; in genere è rappresentata sotto forma di errore percentuale. • Precisione orizzontale (base dei tempi): indica la precisione con la quale il sistema di deflessione

orizzontale visualizza la temporizzazione del segnale; in genere è rappresentata sotto forma di errore percentuale.

• Presa di messa a terra: conduttore che stabilisce un percorso per la corrente verso terra. • Punto della forma d’onda: valore digitale memorizzato che rappresenta la tensione di un segnale in

corrispondenza di un punto specifico nel tempo. I punti della forma d’onda vengono calcolati in base ai campioni e memorizzati.

• Rampe: transizioni a velocità costante tra i livelli di tensione di un’onda sinusoidale. • Reticolo: insieme delle linee sullo schermo impiegate per eseguire misure sulla traccia visualizzata. • Rilevazione del picco: modalità di acquisizione disponibile negli oscilloscopi digitali per l’osservazione

di dettagli del segnale che altrimenti non sarebbero visualizzati. • Risposta in frequenza: diagramma di Bode della risposta di un amplificatore o di un attenuatore a segnali

sinusoidali, con ampiezza costante e frequenza diversa, entro una data gamma di frequenze. • Risoluzione verticale (convertitore analogico-digitale): indicazione della precisione con la quale il

convertitore analogico-digitale (A/D) di un oscilloscopio digitale può trasformare la tensione d’ingresso in valori digitali, misurati in bit. Apposite tecniche di calcolo, quali la modalità di acquisizione Hi Res, possono migliorare la risoluzione effettiva.

• Rumore: tensione o corrente indesiderata in un circuito. • Scansione: passata orizzontale del fascio di elettroni di un oscilloscopio da sinistra a destra sullo schermo. • Scansione orizzontale: azione del sistema di deflessione orizzontale che permette all’oscilloscopio di

tracciare le forme d’onda. • Scansione singola: modalità di trigger con la quale di visualizza la traccia del segnale comandando il

trigger una sola volta. • Schermo: superficie del display sulla quale si visualizza la traccia del segnale. • Segnale analogico: segnale la cui tensione varia con continuità. • Segnale digitale: segnale i cui campioni di tensione sono rappresentati da valori discreti (binari). • Sensibilità verticale: indicazione dell’aumento di ampiezza di un segnale debole ottenibile con

l’amplificatore verticale; in genere si misura in millivolt (mV) a divisione. • Sfasamento: differenza di temporizzazione tra due segnali altrimenti simili.

pag. 5 di 25




• Sonda: dispositivo d’ingresso dell’oscilloscopio, dotato in genere di un puntale metallico per realizzare la

connessione con gli elementi del circuito, di un cavo di collegamento alla presa di messa a terra del circuito e di un cavo flessibile per la trasmissione del segnale e del riferimento di terra all’oscilloscopio.

• Sorgente del segnale: dispositivo di test adoperato per applicare un segnale all’ingresso di un circuito; l'uscita viene poi rilevata da un oscilloscopio. Si usa anche il termine “generatore del segnale”.

• Tempo di salita: tempo necessario perché il fronte iniziale di un impulso passi dal livello basso a quello alto, in genere misurati in corrispondenza del 10% e del 90% del livello massimo.

• Tensione: differenza di potenziale elettrico tra due punti; si misura in volt. • Tensione di picco (Vp): tensione massima misurata rispetto a un punto di riferimento a 0 volt. • Tensione picco-picco (Vp-p): tensione misurata tra i valori massimo e minimo di un segnale. • Traccia: L’andamento di un segnale rappresentato sullo schermo di un tubo a raggi catodici (CRT) da un

fascio di elettroni in movimento. • Trasduttore: dispositivo che converte in un segnale elettrico una grandezza fisica come il suono, la

pressione, lo sforzo o l’intensità luminosa. • Transitorio: segnale misurato da un oscilloscopio e che si presenta una sola volta; è detto anche “evento

singolo”. • Treno di impulsi: serie di impulsi che si propagano insieme. • Trigger: circuito di sincronizzazione della scansione orizzontale di un oscilloscopio. • Tubo a raggi catodici (CRT): dispositivo in cui si genera un fascio di elettroni focalizzabile su uno

schermo luminescente e la cui posizione e intensità vengono variate per produrre una traccia visibile. Quello di un televisore è un particolare tubo a raggi catodici.

• Velocità di scansione: vedi Base dei tempi. • Velocità di scrittura: capacità di un oscilloscopio analogico di creare una traccia visibile del segnale sullo

schermo. Può essere inadeguata nel caso di segnali periodici con dettagli veloci, quali i segnali logici dei circuiti digitali.

• Visualizzazione di pretrigger: funzione di un oscilloscopio digitale per l’acquisizione di un segnale prima di un evento di trigger. Determina la lunghezza del segnale osservabile prima e dopo il punto di trigger.

• Volt: unità di misura della differenza di potenziale elettrico. Cos'è un oscilloscopio L' oscilloscopio è un dispositivo che consente di visualizzare fenomeni elettrici, il cui andamento nel tempo è riprodotto su uno schermo luminescente. Di questi fenomeni si possono rilevare: l'ampiezza, la durata e la frequenza. Dopo il tester, in campo elettronico, l'oscilloscopio è probabilmente il più diffuso strumento per la visualizzazione, la misura e l'analisi di fenomeni elettrici e non solo. Usando appositi trasduttori quasi tutti i fenomeni fisici si possono riportare a grandezze elettriche e sono quindi misurabili con questo strumento. In sostanza l'oscilloscopio è un dispositivo di visualizzazione grafica che rappresenta segnali elettrici variabili nel tempo. L'asse verticale, denominato d'ora in poi "asse Y", rappresenta la tensione, mentre quello orizzontale, denominato "asse X", rappresenta il tempo. A volte l’intensità del display è detta “asse Z”.

pag. 6 di 25




Questa semplice rappresentazione grafica fornisce informazioni su un segnale, come:

• valori di tensione e temporali di un segnale; • frequenza di un segnale oscillante; • “parti mobili” di un circuito, rappresentate dal segnale; • frequenza di una parte specifica del segnale rispetto ad altre sue parti; • eventuale distorsione del segnale causata dal malfunzionamento di un componente; • quanta parte di un segnale è in corrente continua o alternata; • quanta parte di un segnale è rumore e se quest’ultimo varia nel tempo.

Cosa è possibile fare con un oscilloscopio • determinare direttamente il periodo e l'ampiezza di un segnale. • determinare indirettamente la frequenza di un segnale. • determinare la componente DC e AC di un segnale. • localizzare avarie in un circuito. • misurare l'angolo di fase tra due segnali. (sfasamento tra due segnali) • determinare quale parte del segnale è rumore e come varia nel tempo. Gli oscilloscopi sono strumenti molto versatili impiegati nel campo elettronico, assistenza tecnica, progettazione e produzione che permettono di studiare e analizzare le variazioni di un segnale in funzione del tempo. Un oscilloscopio può misurare un gran numero di fenomeni inserendo il transduttore adeguato (un elemento che converte una grandezza física in un segnale elettrico) e può addirittura visualizzare il valore di una pressione, il ritmo cardiaco, ecc. Tipi di oscilloscopio Questi strumenti di misura elettronici si possono dividere in due gruppi principali: Analogici e Digitali. Per capire meglio la differenza tra i due è come se paragonassimo il giradischi tradizionale, che è un apparecchio analogico, con il più recente Compact Disc (nuovo apparecchio audio digitale). Gli oscilloscopi analogici lavorano applicando direttamente una tensione da misurare ad un raggio elettronico che si muove sullo schermo. La tensione deflette il raggio in senso verticale, in proporzione alla sua ampiezza, fornendo una rappresentazione immediata della forma d'onda. L'oscilloscopio digitale campiona la forma d'onda e utilizza un convertitore analogico-digitale (A/D) per trasformare la tensione da misurare in informazioni digitali, informazioni che vengono successivamente utilizzate per ricostruire la forma d'onda sullo schermo. Entrambi i tipi presentano vantaggi e svantaggi. Gli oscilloscopi analogici sono preferibili quando si utilizzano in prevalenza segnali ripetitivi ed è prioritario visualizzare variazioni veloci del segnale d'ingresso in tempo reale. Gli oscilloscopi digitali vengono impiegati quando è necessaria l'analisi di segnali non ripetitivi o aventi frequenza molto elevata, oppure ancora quando i segnali presentano variazioni molto lente o quando bisogna catturare singoli eventi. Per offrire un maggiore campo di applicazioni sono nati negli ultimi anni dei modelli ibridi analogico/digitali che implementano in un unico strumento entrambe le suddette caratteristiche. Oscilloscopio analogico Il tubo a raggi catodici, indicato con la sigla CRT (Cathode - Ray - Tube) è costituito da una parte che genera, accelera e focalizza il fascio di elettroni da inviare sullo schermo denominata cannone elettronico e da una parte che consente lo spostamento del punto luminoso sullo schermo denominata sistema di deflessione, che consiste nella combinazione di due forze prodotte da due campi elettrici applicati in direzione dell'asse orizzontale e dell'asse verticale del piano dello schermo. Un segnale da esaminare viene prelevato da un circuito esterno mediante la sonda che può essere di tipo non attenuato (1:1) o attenuato (10:1 / 100:1 ecc). Il segnale la attraversa e si dirige alla sezione verticale. A seconda della posizione in cui si trova il commutatore dell'amplificatore verticale si attenua o si amplifica il segnale d'ingresso. All'uscita di questo blocco già si dispone di un segnale sufficiente che viene applicato alle placche di deflessione verticale (che naturalmente stanno in posizione orizzontale). Quest'ultime hanno il compito di deviare il fascio di elettroni emessi dal catodo che andranno a colpire lo strato fluorescente interno dello schermo, in senso verticale, dando origine alla traccia. La traccia così visualizzata sullo schermo rappresenterà rispetto al punto di riferimento GND (Ground), verso l'alto la tensione positiva e verso il basso quella negativa.

pag. 7 di 25




Oscilloscopio digitale L'oscilloscopio digitale possiede, oltre alla sezione specificata sopra per l'oscilloscopio analogico, un sistema addizionale di processo dei dati che permette di immagazzinare e visualizzare il segnale. I modelli più recenti sono costituiti da memorie di tipo digitale (RAM) le quali possono essere inserite anche in strumenti normali che presentino la capacità di escludere od inserire il sistema di memorizzazione tramite opportuni commutatori. Il segnale in ingresso viene così campionato. Dopo la campionatura il segnale subisce una conversione analogica/digitale (A/D), ed è importante sottolineare che la velocità di tale operazione determina la bontà di risoluzione dello strumento. Il segnale viene quindi convertito in una parola binaria e successivamente memorizzato nella memoria RAM. Da questa lo si preleva quando si desidera analizzarlo e lo si invia in un circuito di riconversione digitale/analogico (D/A) e da qui all'asse Y dell'oscilloscopio. Vedremo ora di apprendere meglio questo tipo di funzionamento che trova largo impiego nel mondo industriale.

pag. 8 di 25




Sistemi e comandi di un oscilloscopio Un oscilloscopio con funzioni basilari è composto da quattro sistemi:

• il sistema di deflessione verticale; • il sistema di deflessione orizzontale; • il sistema di trigger; • il sistema di visualizzazione.

La loro comprensione permette di usare efficacemente l’oscilloscopio per risolvere i problemi relativi a misure specifiche. Ciascun sistema contribuisce alla capacità dell’oscilloscopio di ricostruire accuratamente un segnale. Il pannello anteriore di un oscilloscopio è diviso in tre sezioni principali: verticale, orizzontale e di trigger. Secondo il tipo e il modello, un particolare oscilloscopio può avere altre sezioni. Quando si usa un oscilloscopio, occorre regolare le seguenti tre impostazioni fondamentali in base al segnale d’ingresso. L’attenuazione o l’amplificazione del segnale. Per regolare l’ampiezza del segnale secondo la portata prescelta per la misura si usa il comando volts/div. La base dei tempi. Per regolare il tempo a divisione, rappresentato lungo l’asse delle ascisse sullo schermo, si usa il comando sec/div. Il livello di trigger. Va regolato in modo da stabilizzare un segnale periodico o per comandare il trigger su un evento singolo. I controlli di base dell’oscilloscopio consistono in manopole o pulsanti che svolgono specifiche funzioni: • BRIGHT (LUMINOSITA') Regola la luminosità delle tracce. • FOCUS (FUOCO) Mette a fuoco le tracce sul display. • GRAT (GRIGLIA) Questo controllo regola la luminosità della scala dell'Oscilloscopio. Questa è

normalmente un foglio di plastica trasparente poggiato sul tubo catodico che serve a visualizzare una griglia calibrata. Con l'uso di questa scala graduata, è possibile misurare l'ampiezza dell'onda sull'asse verticale, e il periodo su quello orizzontale. Quando la manopola è regolata al minimo la griglia diventa invisibile.

• TRACE (TRACCIA) La manopola seleziona la traccia da visualizzare. Ci sono di norma due o più possibili opzioni: A - Visualizza solo la traccia A (canale singolo). B - Visualizza solo la traccia B (canale singolo). A+B - Visualizza ambedue le tracce (canale doppio). ADD - I due canali sono sommati e visualizzati come una singola traccia. Il secondo canale può anche essere invertito. In questo modo è possibile visualizzare sia i segnali di modo comune che di modo differenziale. ALT - Modo ALTERNATE e CHOP - Modo CHOPPED Questi due modi permettono di stabilire come visualizzare contemporaneamente le due tracce. Nel modo ALTERNATE viene visualizzata alternativamente una scansione la traccia A e l'altra scansione la traccia B. Tale modo è utile per visualizzare segnali a frequenza elevata. Nel modo CHOPPED, nella medesima scansione viene visualizzata un pezzetto di traccia A e un pezzetto di traccia B velocemente e alternativamente. Tale modo è utile per visualizzare segnali a bassa frequenza.

• TRIGGER LEVEL (LIVELLO DI TRIGGER) Una traccia che visualizza una forma d'onda senza essere triggerata apparirà come lo schermo di un televisore che non ha il sincronismo orizzontale regolato correttamente. Il trigger blocca la scansione orizzontale fino all'inizio della traccia. Ciò fa sì che ogni scansione orizzontale inizia sempre nel medesimo punto dell'onda periodica e la farà apparire stabile sul display. La manopola del livello di trigger è usata per selezionare il punto della forma d'onda dal quale inizia la scansione orizzontale.

• TRIGGER SOURCE (SORGENTE DEL TRIGGER) Seleziona la sorgente del trigger. La maggior parte degli oscilloscopi possono essere triggerati sia sul canale A che sul canale B. Molti oscilloscopi possono ricevere il trigger da una sorgente esterna, in questo caso è previsto un ingresso di TRIGGER addizionale sul pannello frontale.

• TRIGGER MODE (MODO DEL TRIGGER) Il modo di trigger ha due posizioni: AUTO e NORM. Nella posizione AUTO la scansione della traccia parte automaticamente anche se la forma d'onda non è

pag. 9 di 25




presente. Nella posizione NORM la scansione parte soltanto quando la forma d'onda è perfettamente triggerata.

• SLOPE (PENDENZA) Il selettore SLOPE seleziona su quale fronte (di salita o di discesa) triggerare la forma d'onda La figura sottostante mostra l'uso della funzione SLOPE.

• TIMEBASE (BASE TEMPORALE) La velocità del punto luminoso sull'asse orizzontale può essere regolata con il selettore TIMEBASE. Questo ha la scala calibrata in secondi (S/div), millisecondi (mS/div), microsecondi (uS/div) per divisione.

• INPUT LEVEL (LIVELLO D'INGRESSO) Il selettore input level serve a regolare il livello d'ingresso di ciascun canale in maniera che possa entrare nello schermo. Il selettore è calibrato in Volts per divisione (V/div).

• VERTICAL POSITION (POSIZIONE VERTICALE) Regola il livello in continua sull'asse verticale per una visualizzazione migliore. Quando il segnale viene misurato in DC e dispone di una forte componente continua, esso sparirà dallo schermo. Mediante tale controllo, è possibile riportare la traccia nell'area visibile compensando tale componente continua.

• ORIZZONTAL POSITION (POSIZIONE ORIZZONTALE) Sposta l'inizio della scansione sullo schermo muovendo la forma d'onda in direzione orizzontale.

Visualizzazione delle origini analogiche dei segnali digitali Sono tutte fenomeni analogici classici. Per risolvere i problemi di integrità del segnale, i progettisti di dispositivi digitali devono operare nel dominio dei segnali analogici, e a tale scopo hanno bisogno di strumenti che visualizzino le interazioni tra i segnali digitali e quelli analogici. Gli errori dei circuiti digitali spesso hanno origine in problemi di integrità dei segnali analogici. Per individuare la causa di un guasto digitale, è spesso necessario servirsi di un oscilloscopio, che può visualizzare i dettagli e i fronti di una forma d’onda e il rumore sovrapposto, può rilevare e visualizzare i transitori, e può aiutare a misurare con precisione relazioni di temporizzazione come i tempi di setup e hold. Comprendendo ciascuno dei sistemi dell’oscilloscopio e la loro modalità di applicazione si potrà usare lo strumento efficacemente per risolvere i problemi specifici delle misure da eseguire. Caratteristiche delle forme d’onda e misure su di esse Il termine generico utilizzato per indicare una sequenza periodica nel tempo è onda; le onde acustiche, cerebrali, marine e di tensione sono tutte sequenze periodiche. Un oscilloscopio esegue misure sulle onde di tensione. Il ciclo di un’onda è la parte di essa che si ripete e una forma d’onda è la rappresentazione grafica di un’onda. Una forma d’onda di tensione mostra il tempo lungo l’asse delle ordinate e la tensione lungo quello delle ascisse. L’andamento di una forma d’onda fornisce molte informazioni sul segnale. Ogni variazione dell’ampiezza della forma d’onda indica una variazione della tensione. Ogni tratto orizzontale piatto indica che durante quell’intervallo non si verificano variazioni. Linee rette diagonali indicano una variazione lineare, ossia un aumento o una diminuzione della tensione a velocità costante. Bruschi angoli lungo la forma d’onda indicano variazioni rapide. Tipi di onde La maggiore parte delle onde si può classificare nei seguenti tipi.

• Onde sinusoidali • Onde quadre e rettangolari • Onde triangolari e a dente di sega • Onde a gradino e a impulso • Segnali periodici e non periodici • Segnali sincroni e asincroni • Onde complesse

pag. 10 di 25




Onde sinusoidali L’onda sinusoidale è l’onda dall’andamento fondamentale per molti motivi. Ha proprietà matematiche armoniche: è lo stesso tipo di onda che si incontra al liceo quando si studia la trigonometria. La tensione delle prese di corrente varia come un’onda sinusoidale. I segnali di test prodotti dal circuito oscillatore di un generatore di segnali spesso sono onde sinusoidali. Molti generatori di corrente alternata producono onde sinusoidali.

Onde quadre e rettangolari L’onda quadra è un’altra onda dall’andamento comune. Corrisponde a una tensione che diventa presente o assente (oppure a livello alto o basso) a intervalli regolari. Si tratta di un’onda standard per i test sugli amplificatori: un amplificatore dalle buone prestazioni aumenta l’ampiezza di un’onda quadra con una distorsione minima. I circuiti televisivi, radio e dei computer impiegano spesso onde quadre per i segnali di temporizzazione. L’onda rettangolare è simile all’onda quadra, con la differenza che gli intervalli in cui la tensione è a livello alto o basso non sono uguali. Essa è particolarmente importante quando si analizzano circuiti digitali.

Onde a dente di sega e triangolari Le onde a dente di sega e triangolari vengono generate nei circuiti progettati per regolare le tensioni linearmente, per esempio nel circuito di scansione orizzontale di un oscilloscopio analogico o di scansione raster di una televisione. Le transizioni tra i livelli di tensione di queste onde variano a velocità costante e sono dette rampe.

Onda arbitraria Negli ultimi anni, con l'avvento delle nuove tecnologie, sono stati realizzati dei generatori di funzioni che dispongono di una nuova forma d'onda denominata arbitraria. Questi generatori di funzioni arbitrarie sfruttano in realtà una sequenza di numeri, che sono la rappresentazione campionata di forme d'onda analogiche, che possono essere facilmente modificate tramite personal computer, intervenendo sui singoli punti che le rappresentano. In questo modo è possibile sintetizzare qualsiasi segnale di prova sia necessario ad un tecnico di laboratorio. Tale caratteristica rende i generatori di funzioni arbitrarie gli strumenti ideali in molte applicazioni biofisiche, nelle quali sono indispensabili rappresentazioni precise di segnali molto complessi, che simulano le condizioni fisiologiche degli esseri viventi (battito cardiaco, impedenza del sangue,

pag. 11 di 25




stimolazione muscolare). Molte altre applicazioni sono possibili su ricerche in campo territoriale, oceanografico e nella fisiologia animale. Misure sulle forme d’onda Per descrivere i tipi di misure eseguibili con l’oscilloscopio si utilizzano molti termini. Questa sezione descrive alcuni dei termini e delle misure più comuni. Frequenza e periodo Se un segnale si ripete nel tempo, possiede una frequenza di ripetizione espressa con ( f ). La frequenza viene espressa in Hertz (Hz) e se il segnale compie 1 ciclo in un secondo, vuol dire che la sua frequenza è di 1Hz. Per questo motivo possiamo affermare che periodo e frequenza sono reciproci l'uno dell'altro. Un segnale ripetitivo possiede altri parametri: il periodo, definito come il tempo che impiega il segnale a completare un ciclo.

Tensione La tensione è la differenza di potenziale elettrico - indicante l’intensità del campo elettrico del segnale tra due punti di un circuito. Uno di questi punti, in genere ma non sempre, è al potenziale di terra, ovvero a zero volt. È opportuno misurare la tensione tra i due picchi (massimo e minimo) di una forma d’onda; tale valore è detto tensione picco-picco. Ampiezza L'ampiezza esprime la tensione, ovvero la differenza di potenziale elettrico tra due punti di un circuito. Normalmente la misura viene fatta rispetto a massa per cui uno di questi punti è la massa (GND), ma non sempre, per esempio si può misurare la tensione picco-picco di un segnale (Vpp) tra il suo valore massimo e minimo. Fase La fase si può spiegare molto meglio se consideriamo la forma d'onda sinusoidale. I segnali sinusoidali si possono mettere in corrispondenza con gli angoli al centro di un cerchio di raggio unitario. In base a questa corrispondenza, ad ogni angolo corrisponde un particolare punto della sinusoide. La forma d'onda sinusoidale si può ricavare dalla circolazione di un punto su un cerchio a 360º. Un ciclo di un segnale sinusoidale comprende tutti i 360º.

pag. 12 di 25




Quando due segnali sinusoidali vengono comparati alla stessa frequenza può succedere che entrambi non siano in fase, oppure, che i due segnali non coincidano in modo equivalente nel tempo. In questo caso i segnali vengono definiti sfasati, e allora si rende necessario misurarne lo sfasamento.

Accoppiamento d’ingresso Il termine accoppiamento indica il metodo impiegato per collegare un segnale elettrico da un circuito all’altro. Quando si usa un oscilloscopio, l’accoppiamento d’ingresso è la connessione tra il circuito di test e l’oscilloscopio stesso.

• L’accoppiamento DC (a corrente continua) permette di visualizzare l’intero segnale d’ingresso. • L’accoppiamento AC (a corrente alternata) blocca la componente continua di un segnale, cosicché si

visualizza la forma d’onda centrata su 0 volt. • L’impostazione GND (Ground, massa) scollega il segnale d’ingresso dal sistema di deflessione

verticale, in modo da permettere di vedere in quale punto dello schermo si trova il livello di 0 volt. Selezionando questo accoppiamento d’ingresso e la modalità di trigger automatico, si visualizza una linea orizzontale corrispondente a 0 volt. Passare dall’accoppiamento DC a quello GND e di nuovo a DC è un modo conveniente per misurare la tensione del segnale rispetto a massa. Comandi e sistema di deflessione orizzontale La caratteristica saliente del sistema di deflessione orizzontale di un oscilloscopio è la funzione di acquisizione di un segnale d’ingresso; alcuni dei parametri importanti sono la frequenza di campionamento e la lunghezza di registrazione. I comandi servono a posizionare la forma d’onda in senso orizzontale e a regolarne la scala. I seguenti sono i comandi più comuni di deflessione orizzontale. Main (base dei tempi principale) Delay (base dei tempi ritardata) Canale X e Y (orizzontale, verticale) Canali di entrata (CH1, CH2) Scala variabile: 1,2,5 Separazione fra le tracce Lunghezza di registrazione Risoluzione Frequenza di campionamento Posizione del trigger Zoom

Comandi di acquisizione Gli oscilloscopi digitali offrono impostazioni che permettono di regolare come il sistema di acquisizione elabora i segnali.

pag. 13 di 25




Modalità di acquisizione Le modalità di acquisizione specificano come i punti della forma d’onda vengono generati in base ai campioni. Questi sono i valori digitali prodotti dal convertitore analogico-digitale (A/D). L’intervallo di campionamento è il tempo che intercorre tra un campione e il successivo. I punti della forma d’onda sono i valori digitali memorizzati dall’oscilloscopio e visualizzati per tracciare la forma d'onda. L’intervallo tra due punti consecutivi della forma d’onda è l’intervallo di scrittura della forma d’onda. L’intervallo di campionamento e quello di scrittura della forma d’onda possono essere uguali o diversi. Comandi e sistema di trigger La funzione di trigger dell’oscilloscopio sincronizza la scansione orizzontale rispetto al segnale; ciò è essenziale per caratterizzare quest’ultimo con chiarezza. I comandi di trigger servono a stabilizzare forme d’onda periodiche e ad acquisire forme d’onda a evento singolo. Il trigger fa apparire ferme le forme d’onda sul display dell’oscilloscopio visualizzando ripetutamente la stessa parte del segnale d’ingresso. Il trigger sul fronte, disponibile sia negli oscilloscopi analogici sia in quelli digitali, è il tipo fondamentale e più comune di trigger. Oltre al trigger sulla soglia molti tipi di oscilloscopi digitali offrono svariate impostazioni speciali di trigger, non disponibili negli strumenti analogici. Questi trigger sono comandati su condizioni specifiche del segnale d’ingresso, facilitando per esempio la rilevazione di un impulso di durata più breve di quella prevista. 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. Sonde Anche lo strumento più all’avanguardia può essere preciso solo quanto lo sono i dati immessi. Una sonda funziona insieme a un oscilloscopio come parte del sistema di misura. Una misura di precisione comincia dal puntale della sonda. Scegliendo la sonda giusta, adattata sia all’oscilloscopio che al dispositivo in prova. Il segnale non solo si può applicare all’oscilloscopio nelle migliori condizioni possibili, ma lo si può anche amplificare e se ne possono preservare le caratteristiche per ottenere la massima integrità del segnale stesso e misure precise. Le sonde diventano effettivamente parte del circuito, introducendo carichi resistivi, capacitivi e induttivi che alterano inevitabilmente la misura. Per ottenere la massima precisione possibile, occorre selezionare una sonda che introduca un carico minimo, ovvero che sia adattata all’oscilloscopio e si possano così sfruttare tutte le funzioni di quest’ultimo. Sonde passive Le sonde passive offrono facilità d’uso e la possibilità di eseguire una vasta gamma di misure a un prezzo accessibile. La coppia costituita da una sonda di tensione passiva e una sonda di corrente è la soluzione ideale per le misure di potenza. La maggior parte delle sonde passive ha un fattore di attenuazione, come 10X, 100X e così via. Per convenzione, i fattori di attenuazione vengono indicati con una X dopo il valore dell’attenuazione. Per i fattori di amplificazione, invece, come X10, la X precede il valore. Le sonde passive universali non sono adatte per eseguire misure precise su segnali con tempi di salita brevissimi e possono introdurre carichi eccessivi nei circuiti con alta sensibilità. Sonde attive e differenziali Le frequenze dei segnali sempre più alte e le tensioni sempre più basse delle famiglie logiche rendono difficile eseguire misure precise. Una soluzione di misura completa a queste frequenze elevate deve includere sonde a

pag. 14 di 25




elevata fedeltà e frequenza, adattabili alle prestazioni dell’oscilloscopio. Le sonde attive e differenziali impiegano circuiti integrati progettati appositamente per assicurare l’integrità del segnale durante l’accesso e la trasmissione all’oscilloscopio. Quando occorre eseguire misure su segnali con tempi di salita molto brevi, una sonda attiva ad alta frequenza o una sonda differenziale consentono di ottenere risultati più precisi.

pag. 15 di 25




Premessa Questa prova è stata ritenuta importante per il suo svolgimento perché ha permesso di distinguere vari tipi di onde e frequenze che potrebbero essere presenti per esempio in un circuito.

Elenco Strumenti, Apparecchiature e Dispositivi Apparecchiature:

1. Oscilloscopio (DS1052E) 2. Generatore di funzioni arbitrario (DG1022) 3. Cavo coassiale

Apparecchi Descrizione

Oscilloscopio Frequenza di campionamento max 1GSa/s, Larghezza di banda 50MHz, Memoria massima 1Mpts, Canali 2

Generatore di funzioni

Frequenza di campionamento max 100MSa/s, memoria massima 4kpts, Canali 2, Frequenza di uscita max 20MHz, Risoluzione verticale 14bit

Cavo coassiale

pag. 16 di 25




Schemi Questa è la dimostrazione di come è stato collegato il generatore di frequenze con l’oscilloscopio.

SCHEMA DI MONTAGGIO

pag. 17 di 25




Descrizione della Prova La prova viene effettuato nel seguente modo: Si prende un cavo coassiale per collegare l’oscilloscopio e il generatore di frequenze. Poi si accendono entrambi gli strumenti e si osservano le varie forme d’onda che si formano nell’ oscilloscopio cambiando le impostazioni nel generatore di frequenza. Il generatore di frequenza, quindi, ci permetterà di modificare l’onda, frequenza e Vpp che poi andranno a modificare la nostra forma d’onda che si osserverà sull’oscilloscopio.

Obiettivi Questa prova viene effettuata per osservare le varie forme d’onda esistenti attraverso l’utilizzo dell’oscilloscopio.

Descrizione delle Apparecchiature Oscilloscopio Oscilloscopio digitale a 16 canali opzionale (oscilloscopio Mixed Signal). Ciascun canale può essere attivato o disattivato indipendentemente, oppure i gruppi di 8 bit. • Display TFT Mono/Colore con risoluzione di 320x234. • Porta USB per il collegamento ad una stampante od ad un dispositivo di memorizzazione, firmware aggiornabile tramite l porta USB. • Regolazione della intensità della forma d’onda per un migliore visualizzazione. • Setup automatico con funzione di impostazione a singolo tasto (AUTO) • Possibilità di salvare fino a 10 forme d’onda, 10 setups, supporta inoltre il formato CSV e bitmap. • Nuova funzione di scansione ritardata, per la visualizzazione ottimale dei dettagli delle forme d’onda. • 20 funzioni di misura automatica. • Misura con funzione di tracking automatico del cursore. • Registratore delle forme d’onda che consente la registrazione riproduzione di forme d’onda dinamiche. • Calibrazione offset rapida selezionabile dall’utente. • Funzione FFT incorporata, contatore di frequenza. • Filtri digitali, incluso LPF, HPF, BPF, BRF. • Funzione Pass/Fail, uscita Pass/Fail isolata otticamente. • Funzioni matematiche ADD. Subtract e Multiply. • Funzioni avanzate del trigger: Edge, Video, Pulse Width, Slope, Alternative, Pattern e Duration (Oscilloscopio mixed Signal). • Regolazione della sensibilità del trigger. Generatore di funzioni arbitrario RIGOL DG-1022 • Tecnologia DDS: Garantisce un segnale superiore con rumore e distorsione bassi • 2 canali di uscita • 14 Bit di risoluzione verticale, 100MSa/s ritmo di campionamento. • Interfaccia utente multi-lingua 5 forme d’onda standard: Sine, Square, Ramp, Pulse, Noise • 48 forme d’onda arbitrarie memorizzate • Interfaccia utente intuitiva, di facile uso • Modulazione: AM, FM, PM, FSK, Sweep, Burst • USB Host • Piena compatibilità con la serie di oscilloscopi digitali serie DS1000 • Dimensioni: 232 x 108 x 288 mm • Peso: 2,7 kg.

pag. 18 di 25




Cavo coassiale Ci sono diversi tipi di cavo coassiale si distinguono a vista per diametro totale (7mm, 5mm o meno), tipo di calza fitta o scarna (polo negativo), filo centrale (positivo) sottile o spesso; il migliore è quello con le caratteristiche “più” (diametro più grande, calza a treccia più consistente e quindi alta schermatura, polo centrale più grosso); un ottimo cavo: • Protegge l’attenuazione di segnale (specie nelle frequenze alte); • Ha maggiore robustezza meccanica e un minore decadimento nel tempo; • Riduce i segnali di ritorno, in pratica riduce la possibilità di immagini riflesse; • Protegge maggiormente da interferenze dovute ad esempio alla vicinanza di fili elettrici.

Il degrado avviene più velocemente per i cavi esterni per via degli agenti atmosferici, per i cavi murati direttamente nel muro e per i cavi che transitano in zone umide; i segni più evidenti sono la crepatura e sfaldatura della guaina esterna e l’annerimento e ossidazione della calza.

Diagrammi Immagine delle varie posizioni dei comandi per i settaggi

1 Avvia ed interrompe l’acquisizione della forma d’onda 2 ON/OFF canale 1 3 ON/OFF canale 2 4 Input segnale canale 1 5 Input segnale canale 2 6 Posizionare verticalmente le forme d’onda. 7 Consentono di selezionare i fattori di scala calibrati 8 Consente di regolare la posizione orizzontale di tutti i

canali e delle forme d’onda matematiche. La risoluzione di questo controllo varia secondo la base tempi.

9 Consente di selezionare il tempo per divisione, cioè il fattore di scala orizzontale per la base tempi principale o della finestra.

10 Controllo di livello di trigger fronte, esso imposta il livello di ampiezza che il segnale deve attraversare per causare un’acquisizione.

pag. 19 di 25




Oscilloscopio bloccato perché è presente la lucetta rossa in alto a destra

Oscilloscopio con onda in tempo reale perché è presente la lucetta verde in alto a destra

I vari valori del canale della prima sonda ed i rispettivi valori:

I vari valori del canale della seconda sonda ed i rispettivi valori:

pag. 20 di 25




Grafico dei valori finali sull’oscilloscopio. Canale 1 giallo e canale 2 blu

Immagine delle varie porte dell’oscilloscopio Immagine delle varie porte del generatore di frequenze

Figure e Diagrammi di Flusso Esempi di oscilloscopi

pag. 21 di 25




Esempio di generatore di frequenze

Cavo coassiale

pag. 22 di 25




Tipologie di sonde e i loro componenti

Esempio di onda quadra realizzata in classe Esempio di onda triangolare realizzata in classe

Esempio di onda sinusoidale realizzata in classe

pag. 23 di 25




Conclusioni L’esperienza sopra descritta è stata effettuata con lo scopo di farci comprendere meglio cos’è, come e perché si usa l’oscilloscopio. L’esperimento, inventato da noi studenti, ci ha permesso di osservare le varie forme d’onda che si sono generate modificando i vari parametri del generatore di frequenze. Inoltre abbiamo potuto osservare sullo schermo due forme d’onda contemporaneamente, confrontando l’una con l’altra.

pag. 24 di 25




Bibliografia / Sitografia / Riferimenti https://doc.studenti.it http://www.fataing.poliba.it/admin/gestione_documenti/doc/1750669569Oscilloscopio_(lucidi).pdf https://www.vincenzov.net/tutorial/elettronica-di-base/appunti-classe-quarta/Uso_dell_oscilloscopio.pdf http://www.uniroma2.it/didattica/EL3_Medica/deposito/10_Oscilloscopi.pdf http://www.grix.it/UserFiles/jabber47/File/risorse2/COME%20USARE%20LOSCILLOSCOPIO.pdf http://www.grix.it/UserFiles/jabber47/File/risorse2/oscilloscopio.pdf http://www.superiorisesto.it/web/doc_13-14/Oscilloscopio_varie.pdf http://brunog.web.cern.ch/brunog/esp8.pdf Siti da dove sono stati presi i dati dell’oscilloscopio e del generatore di frequenze http://ita.marcucci.it/e_download_1_1.htm http://ita.marcucci.it/images/cataloghi/PDF/str2010/129-144.pdf

pag. 25 di 25

https://doc.studenti.it/

http://www.fataing.poliba.it/admin/gestione_documenti/doc/1750669569Oscilloscopio_(lucidi).pdf

https://www.vincenzov.net/tutorial/elettronica-di-base/appunti-classe-quarta/Uso_dell_oscilloscopio.pdf

https://www.vincenzov.net/tutorial/elettronica-di-base/appunti-classe-quarta/Uso_dell_oscilloscopio.pdf

http://www.uniroma2.it/didattica/EL3_Medica/deposito/10_Oscilloscopi.pdf

http://www.grix.it/UserFiles/jabber47/File/risorse2/COME%20USARE%20LOSCILLOSCOPIO.pdf

http://www.grix.it/UserFiles/jabber47/File/risorse2/oscilloscopio.pdf

http://www.superiorisesto.it/web/doc_13-14/Oscilloscopio_varie.pdf

http://brunog.web.cern.ch/brunog/esp8.pdf

http://ita.marcucci.it/e_download_1_1.htm

http://ita.marcucci.it/images/cataloghi/PDF/str2010/129-144.pdf

Documents

ELETTRONICA ELETTROTECNICA AUTOMAZIONE ......ELETTRONICA • ELETTROTECNICA • AUTOMAZIONE LABORATORIO 3^ AER D - A.S. 2017/2018 OSCILLOSCOPIO Data: 09 - 03 - 2018 Studente: CAFFAR