Dopo aver analizzato le principali caratteristiche di un oscilloscopio, non ci resta che studiare le principali tecniche per eseguire misure con questo strumento.
Le misure fondamentali che possiamo effettuare con l’oscilloscopio sono quelle di tensione e tempo. Qualsiasi grandezza del segnale da analizzare può essere ricavata attraverso la misura di tensione e tempo.
Reticolo Oscilloscopio
Qualunque oscilloscopio presenta un display con una griglia costituita da 10 divisioni orizzontali e 8 divisioni verticali, ed ognuna di queste divisa a sua volta in 5 tacche.
Sull’asse orizzontale è mostrato il tempo, mentre sull’asse verticale la differenza di potenziale del segnale.
In basso a sinistra è indicata la scala verticale impostata 500mV/div, mentre in basso a desta è indicata la scala orizzontale o dei tempi 4us/div.
Le linee sul display di un oscilloscopio sono chiamate reticolo.
Misure di tensione
Il metodo fondamentale per eseguire misure di tensione consiste nel contare il numero di divisioni contenute nella forma d’onda lungo la scala verticale del display.
Regolando il segnale in modo che copra quasi per intero lo schermo in verticale, si misura la tensione con la massima precisione possibile sul display. Quanto più grande è l’area dello schermo utilizzata, tanto più precisa è la lettura che effettuiamo.
Tramite l’uso dei cursori possiamo eseguire automaticamente le misure sullo schermo senza bisogno di contare le divisioni sul reticolo.
Misure di tempo
Mediante la scala orizzontale dell’oscilloscopio si possono eseguire misure di tempo, comprese quelle di periodo e della durata di impulsi.
Poiché la frequenza è il reciproco del periodo, una volta noto il periodo è semplice risalire alla frequenza.
Analogamente alle misure di tensione, le misure di tempo sono più precise quando si regola il segnale da analizzare in modo da coprire una grande area dello schermo.
Esempio misura ampiezza e periodo
Eseguire misure con l’oscilloscopio è molto semplice. Analizziamo un segnale come esempio:
Nell’immagine abbiamo impostato per la scala verticale 500mV/div. Il segnale ha un’escursione verticale che compre 4 divisioni. Ricaviamo l’ampiezza picco-picco del segnale
500mV/div * 4 div = 2000mVpp = 2Vpp
Sulla scala orizzontale abbiamo 4.00us/div. Un intero periodo del segnale copre 5 divisioni
4us/div * 5 div = 20us
Dunque il segnale visualizzato ha un’ampiezza di 2Vpp e un periodo di 20us.
Misure della durata dell’impulso e del tempo di salita
Le misure standard sugli impulsi sono la misura della durata dell’impulso e del tempo di salita/discesa dell’impulso. Quest’ultimo è il tempo di transizione dell’impulso da una tensione bassa a una alta. Per convenzione si misura tra il 10% e il 90% della massima tensione dell’impulso. Cosi facendo si eliminano eventuali irregolarità ai vertici della transizione.
La durata dell’impulso è il tempo di transizione dell’impulso dal livello basso a quello alto e di nuovo a quello basso. Per convenzione si misura in corrispondenza del 50% della tensione massima.
Misure di sfasamento
Un metodo per misurare lo sfasamento tra due segnali periodici, consiste nell’adoperare la modalità XY. Questa tecnica di misura richiede di applicare un segnale all’ingresso del sistema di deflessione verticale, come si fa solitamente, e un altro segnale all’ingresso del sistema di deflessione orizzontale. Viene detta tecnica di misura XY perché per tracciare le tensioni si impiegano sia l’asse X che l’asse Y.
La forma d’onda risultante da questa configurazione è detta figura di Lissajous (dal nome del fisico francese Jules Antoine Lissajous). In base alla forma della figura di Lissajous si può risalire allo sfasamento tra i due segnali e al rapporto tra le loro frequenze.
A seguire illustrate le figure di Lissajous per vari sfasamenti e rapporti di frequenze.
Misura del valor medio
Un segnale periodico a valore medio non nullo è esprimibile come somma di un segnale periodico a valore medio nullo e di un segnale continuo pari al valore medio. Se dalla visualizzazione DC si passa a quella AC si eliminano le componenti continue e la forma d’onda si sposta verso il basso di un numero di quadretti corrispondente al valore medio (valore continuo eliminato). Pertanto, per misurare il valore medio di un segnale è sufficiente contare i quadratini che intercorrono tra il massimo nella posizione DC e il massimo nella posizione AC e moltiplicare il risultato per i Volt/DIV
Incertezza di misura sull’Oscilloscopio
L’incertezza di misura su un oscilloscopio dipende essenzialmente da tre fattori: accuratezza oscilloscopio, spessore traccia, lettura operatore.
Accuratezza Oscilloscopio
L’accuratezza dell’oscilloscopio è principalmente dovuta dal circuito di condizionamento che il segnale di ingresso deve attraversare. Questo circuito può introdurre alterazioni del segnale sia per quanto riguarda l’ampiezza (errore di modulo), sia per quanto riguarda la fase. Dall’amplificatore finale al dispositivo di deflessione possono introdurre un errato posizionamento della traccia sullo schermo.
Nelle specifiche di alcuni modelli di oscilloscopi viene precisata anche la componente dell’incertezza verticale dovuta all’errore di quantizzazione introdotto dalla conversione A/D. Spesso questo parametro viene denominato risoluzione ed è funzione del numero di bit.
Spessore della traccia
Lo spessore della traccia non è infinitesimo a causa dell’errore di focalizzazione e del rumore del segnale. Possiamo stimare in alcuni decimi di millimetro la larghezza della traccia per cui, dato che la dimensione dello schermo è di 10 cm, si ha una incertezza di:
0.5mm/100mm = 0.05div
Lettura operatore
Lettura dell’operatore, la cui accuratezza non è valutabile a priori e quindi non viene riportata nelle specifiche tecniche. La determinazione della posizione della traccia si determina tramite una scala graduata in cui le divisioni rappresentano 1/40 della dimensione dello schermo. Un operatore può apprezzare 1/2 della divisione secondaria, dunque l’incertezza “di quantizzazione nella lettura” risulta essere 1/80 Volt.
Informazioni aggiuntive
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