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 Fascio di elettroni Asse x Asse y Cannone elettronico 7 8 6 5 2 1 3 4 schermo Alimentazione Cannone 1: Filam. Riscaldamento 4: Anodi di focalizzazione 7: Placche di deflessione verticale 2: Catodo 5: Anodo acceleratore 8: Anodo post-acceleratore 3: Griglia schermo 6: Placche di deflessione orizzontale
Il Tubo ed il Cannone elettronico Fascio di elettroni Asse x Asse y Cannone elettronico 7 8 + 6 5 2 1 3 4 schermo Alimentazione Cannone 1: Filam. Riscaldamento 4: Anodi di focalizzazione 7: Placche di deflessione verticale 2: Catodo 5: Anodo acceleratore 8: Anodo post-acceleratore 3: Griglia schermo 6: Placche di deflessione orizzontale
Il Tubo ed il Cannone elettronico Fascio di elettroni Asse x Asse y Cannone elettronico 7 8 6 5 2 1 3 4 + schermo Alimentazione Cannone 1: Filam. Riscaldamento 4: Anodi di focalizzazione 7: Placche di deflessione verticale 2: Catodo 5: Anodo acceleratore 8: Anodo post-acceleratore 3: Griglia schermo 6: Placche di deflessione orizzontale
La deviazione del fascio lungo l’asse dei tempi B + VB-VA - Onda a dente di sega t Vb-Va
Schema di un oscilloscopio Rete ritardo Assi ampiezze (verticale) Placche di deflessione Attenuat. Amplific. Selet. 1-2 In 1 CRT Attenuat. Amplific. In 2 Ext. Asse dei tempi (orizzontale) Selettore Trigger Ingressi 1/2 c Alimentazione Alimentatore Cannone el. ac Amplific. Regol. Amplific. in dc Alimentatore Generat. d. sega Blank gnd
Il pannello dell’oscilloscopio Continuo (con blocco di taratura) A scatti TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. CANALE 1 ASSE OR. CANALE 2
La taratura TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. CANALE 1 1: Rotazione della traccia 2: Contatto segnale di taratura TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. CANALE 1 ASSE OR. CANALE 2
La taratura TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. CANALE 1 1: Rotazione della traccia 2: Contatto segnale di taratura TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. CANALE 1 ASSE OR. CANALE 2
L’alimentazione TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. 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 TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. 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 TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. 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 TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. 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 TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. CANALE 1 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 TARATURA TRIGGER ALIMENTAZ. VISUALIZZ. REGOLAZ. 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: Somma: 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 360° : N = φ : n φ è l'angolo di fase Incognito; 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 φ ≈ 43° teorico φ ≈ 45° ; 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. Schema per la misura 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 Comp. 1 Gen. Rampa AND 2 Contatore binario Clock IN Display Vin Vr
Misura di una tensione continua Vr Vin V t t0 Comp. 1 Gen. Rampa AND 2 Contatore binario Clock IN Display clock AND & Contatore Comparatore 1 Comparatore 2 Stati logici
Misura di una tensione variabile campionatura Vin t Δt = tempo di conversione Δt
Gli errori in uno strumento digitale 1 out in Risposta teorica in Risposta reale out Diverso comportamento dei dispositivi di conversione presenti D/A in 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 + out C s/h 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 Prova diodi 3,1 V 2,000% Temperatura -200 - 1350° Frequenza 1 MHz 0,005%