Osciloscop
Osciloscopul este un instrument electronic de măsurare care vă permite să vizualizați, pe un grafic bidimensional , tendința în domeniul timp al semnalelor electrice și să efectuați măsurători de citire directă a tensiunii (reprezentate pe axa verticală) și a perioadei (cu timpul reprezentat pe axa orizontală).
Prin intermediul unui osciloscop analogic este posibil să se obțină măsurarea unor cantități precum curentul , puterea și energia semnalului, în timp ce un osciloscop digital, datorită posibilității de stocare a unei forme de undă eșantionate , permite efectuarea unei citiri directe prin mijloace a calculelor asupra probelor din memorie. În general, osciloscopul este utilizat pentru a analiza semnale periodice .
Frecvența maximă a semnalelor care pot fi afișate, precum și rezoluția temporală, care este cea mai rapidă variație detectabilă, depind de lățimea de bandă a instrumentului, care, la rândul său, depinde de calitate și, în cele din urmă, de cost. Acesta variază de la zeci de MHz potrivite pentru lucrul cu semnale audio și de televiziune, la modele digitale scumpe de mai mulți GHz. Poate fi considerat un instrument universal. Prin intermediul traductoarelor adecvate, este posibil să se analizeze orice fenomen fizic, chiar și întâmplări aleatorii și nerepetitive.
Introducere
Un osciloscop clasic constă de obicei dintr-o cutie dreptunghiulară pe care există un ecran și numeroase butoane și butoane de control. O grilă este suprapusă pe ecran pentru a facilita citirea datelor. Fiecare interval de grilă se numește divizare : pe axa orizontală diviziunile sunt de obicei 10, pe axa verticală acestea variază de la 6 în sus, în funcție de geometria ecranului. Această metodă de construcție a rămas neschimbată timp de decenii până la apariția osciloscoapelor digitale echipate cu microprocesor și, prin urmare, capabile să instaleze la bord sisteme de operare reale care, combinate cu tehnologia ecranelor sensibile la atingere, au schimbat radical aspectul și funcționarea acestui instrument.
Semnalele care trebuie măsurate sau analizate sunt preluate prin conectori coaxiali speciali de pe panou, tipul lor standardizat variază în funcție de frecvența semnalului analizat, de la BNC adecvat pentru frecvențe relativ joase, sau de tip N, utilizat atunci când frecvențele implicate sunt mai mari ridicat, până la tipul SMA, SMB și altele, adecvat pentru transmiterea semnalelor cu frecvențe de ordinul zecilor de GHz. Sondele, accesoriile speciale utilizate pentru preluarea semnalelor din circuitele studiate pot fi conectate la conectorii de intrare.
În modul simplu, un punct luminos trece pe ecran de la stânga la dreapta cu o viteză constantă, redesenând în mod repetat o linie orizontală. Viteza de scanare poate fi selectată cu ajutorul unui buton de pe panou, care controlează circuitul numit baza de timp : acest circuit generează intervale de timp precise, care pot varia de la câteva secunde la câteva nanosecunde ; valorile, exprimate în unități de timp pe diviziune, sunt afișate pe buton.
În absența unui semnal, urmele sunt, de obicei, în centrul ecranului și aplicarea unui semnal la intrare face ca acesta să devieze în sus sau în jos, în funcție de polaritatea semnalului. Scara verticală este exprimată în volți pe diviziune și poate fi ajustată de la zeci la miimi de volți (cu toate acestea, sunt disponibile modele capabile să facă măsurători de ordinul microvolților ). Înălțimea inițială a graficului (offset) poate fi, în orice caz, decisă de utilizator, la fel cum este posibilă excluderea componentei de curent continuu prezentă în semnalul examinat, precum și alegerea impedanței de intrare.
În acest fel, este afișat un grafic al tensiunii în funcție de timp. Dacă semnalul este periodic, este posibil să se obțină o urmă stabilă prin ajustarea bazei de timp pentru a coincide cu frecvența semnalului sau cu un submultiplu al acestuia. De exemplu, dacă aveți o intrare de undă sinusoidală de 50 Hz , puteți regla baza de timp astfel încât o scanare orizontală să aibă loc în 20 de mili secunde . Acest sistem se numește „ măturare continuă ” (în italiană „măturare continuă” , în sensul continuității unei funcții).
Oscilatorul bazei de timp, nefiind sincronizat cu semnalul analizat, împiedică urmele semnalului să fie stabile și stabile, prin urmare va fi văzut fluctuant pe ecran mai mult sau mai puțin rapid de la dreapta la stânga sau invers.
Pentru a obține o urmă stabilă, osciloscoapele moderne au o funcție numită declanșator : acest circuit, inventat în 1946 de cei doi fondatori ai companiei Tektronix , începe scanarea numai atunci când are loc un eveniment pe semnalul de intrare, de exemplu depășind un prag de tensiune pozitiv sau negativ. . După finalizarea măturării de la stânga la dreapta, osciloscopul așteaptă un nou eveniment. În acest fel, afișajul rămâne sincronizat cu semnalul și urmele sunt perfect stabile. Pragul de sensibilitate al declanșatorului, precum și alți parametri, pot fi reglați de utilizator.
Circuitul de declanșare poate fi configurat pentru a afișa o singură scanare a unui semnal non-periodic, cum ar fi un singur impuls sau secvențe de impulsuri non-repetitive. Este posibil să se introducă o întârziere între eveniment și începutul afișajului, pentru a analiza părți ale semnalului care altfel ar fi în afara intervalului de afișare.
Modurile de declanșare prezente în mod normal sunt:
- declanșator extern: cu un semnal aplicat unei intrări specifice și independent de cel analizat.
- declanșator prag: bazat pe depășirea unui nivel prestabilit, în sus sau în jos.
- declanșator video: este un circuit special care extrage referințele sincronismului de linie sau cadru din semnalul de televiziune . Util pentru lucrul cu semnale video.
- declanșator pe rețeaua electrică: disponibil în osciloscoape alimentate din curent alternativ de rețea. Este util în ingineria electrică .
Cu toate acestea, se poate întâmpla ca semnalul să nu îndeplinească niciodată condițiile de declanșare și ecranul să rămână întunecat, rămânând astfel fără informații despre ceea ce se întâmplă. În acest caz, este posibil să utilizați declanșatorul automat , în general reglabil cu comanda „ GATE” , care poate fi setată la:
- normal: în absența unui declanșator, ecranul rămâne negru.
- auto: după ce a trecut o anumită perioadă de timp de la ultima afișare, pista începe fără sincronizare.
- single (numit și single -shot sau single sweep ): fiecare single sweep trebuie activată printr-o comandă externă (tastă sau semnal).
Un alt control, în ceea ce privește declanșatoarele, este reținerea sau „reținerea” declanșatorului. Vă permite să setați un timp, după periere, în care apariția stării declanșatoare este ignorată. Este util în anumite situații, de exemplu atunci când doriți să vizualizați o urmă în care declanșatorul este satisfăcut de două sau mai multe ori, într-o singură măturare.
Multe osciloscoape vă permit să excludeți baza de timp și să furnizați un semnal extern axei orizontale: acesta este modul XY , util pentru afișarea relațiilor de fază dintre două semnale în mediul de difuzare. Prin aplicarea a două intrări a două semnale sinusoidale în raport de frecvență armonică, sunt afișate pe ecran anumite figuri, numite figuri Lissajous , cu care este posibil să se cunoască relațiile de fază și frecvență dintre ele.
Unele osciloscoape au cursoare pe ecran care pot fi mutate și utilizate pentru a măsura cu precizie intervalele de timp sau diferențele de potențial .
Multe osciloscoape au două sau mai multe intrări verticale, permițându-vă să vizualizați mai multe semnale în același timp. Reglajele verticale sunt separate, în timp ce baza de timp și declanșatorul sunt comune.
Pentru a vizualiza semnale diferite în același timp, de la canale de intrare diferite, puteți adopta în principal două soluții:
- un osciloscop este construit cu posibilitatea de a desena două sau mai multe urme în același timp.
- același punct luminos este utilizat pentru a vizualiza cele două urme (sau mai mult de două).
Al doilea caz poate fi realizat în modul alternativ sau în modul tăiat .
Presupunând că există două piste A și B, cu modul alternativ , o scanare alternează între pista A și cealaltă pista de scanare B. Acest mod este util pentru afișarea semnalelor de înaltă frecvență, cu cât frecvența este mai mare, cu atât observați alternanța piese. Cu o frecvență foarte mare s-ar putea iluzia că cele două urme sunt afișate exact în același moment în timp.
Cu modul tăiat , pe de altă parte, sunt afișate alternativ porțiuni foarte mici din cele două semnale A și B. Este util pentru afișarea semnalelor de joasă frecvență, deși cele două semnale nu sunt afișate continuu pe ecran . Acest lucru se datorează faptului că frecvența este scăzută, modul alternativ le-ar afișa prea încet pentru ca acestea să apară pe același ecran în același timp.
Există modele cu declanșatoare duale, care vă permit să vizualizați un semnal cu o bază de timp diferită. În acest fel, este posibil să aveți modul zoom , în care o porțiune a semnalului afișată pe o pistă poate fi afișată extinsă pe cealaltă pistă.
Pentru a analiza evenimente nerepetitive, unele osciloscoape sunt echipate cu memorie de urmărire , un sistem care păstrează afișată ultima urmă care a apărut. În unele modele digitale, scanarea poate dura câteva ore, iar urmele afișate se derulează pe ecran de la dreapta la stânga, așa cum s-ar întâmpla pe un aparat de înregistrat cu benzi de hârtie.
În mod normal, fiecare osciloscop este echipat cu un circuit numit calibrator , care generează constant un semnal, format dintr-o undă pătrată de amplitudine și frecvență cunoscute. Prin conectarea de intrare de măsurare la ieșirea calibrator este posibil să se verifice funcționarea și practica cu instrumentul, dar mai ales pentru a efectua ocazional operațiunea de compensare a sondelor (care sunt echipate cu un capacitiv de compensare trimmer ).
Operațiune
Osciloscop cu tub catodic
1. Plăci de deviere
2. Tunul de electroni
3. Fascicul de electroni
4. Focalizarea bobinei
5. În interiorul ecranului acoperit cu fosfor
Conceptual, tubul cu raze catodice al osciloscopului este format din 4 circuite electronice separate: amplificator vertical, amplificator orizontal, bază de timp și curent de alimentare . Acest tip de construcție definit ca „analog”, a rămas neschimbat până la mijlocul anilor '80 , când tehnicile digitale aplicabile și acestui instrument au început să se răspândească; osciloscoapelor "analogice" li s-au alăturat cele "digitale", care au beneficiat de performanțe mai bune și costuri mai mici de producție, în 2 decenii au înlocuit analogii, doar gândiți-vă că singurul tub cu raze catodice din memoria 181A Hewlett-Packard utilizat în anii 70, ca piesă de schimb, a costat 3000 USD.
Cele mai sofisticate modele, potrivite pentru analize și măsurători solicitante, sunt alcătuite din sisteme modulare reale. Faimos a fost în anii 70 seria analogică Tektronix 7000, unde instrumentul de bază numit „mainframe”, inclusiv tubul catodic, sursa de alimentare, amplificatoare verticale și orizontale, calibrator și posibilă memorie analogică, disponibil în diferite modele, a fost proiectat pentru a putea găzduiți într-un compartiment special dotat cu diapozitive, diverse module de achiziție, numite plug-in-uri, în configurația maximă, o pereche de amplificatoare verticale și o pereche de bază de timp . În funcție de tipul de măsurare care trebuie efectuat și de dimensiunea sa, a fost posibil să se aleagă plug-in-ul cel mai potrivit pentru nevoile cuiva; de exemplu, pentru analiza semnalelor cu valori de tensiune foarte mici, era disponibil plug-in-ul 7A22, un amplificator diferențial, al cărui atenuator de intrare calibrat, variază într-un interval de 19 trepte, de la 10 volți la 10 microvolți pe pătrat, versatilitatea a sistemului a fost de așa natură încât a fost posibilă configurarea mainframe-ului cuiva într-un analizor de spectru prin simpla introducere a pluginului specific fără a fi nevoie de instrumente.
Tubul de raze catodice este un bec de sticlă cilindric simetric care se termină pe o parte cu un ecran acoperit cu fosfor , o substanță care se aprinde când este lovită de un flux de electroni, pe de altă parte de un filament la care, în cazuri aproape generale, o tensiune de se aplică aproximativ 6,3 volți, în unele instrumente portabile echipate cu o baterie de alimentare, ca în cazul Tektronix 1502, valoarea tensiunii din filament este redusă la 600 mV, debitul de curent îl determină să se încălzească până la o temperatură de 700-800 ° C , emițând electroni cu ușurință atunci când sunt supuși unui câmp electric . Un vid se practică în fiolă.
Tubul catodic de pe osciloscop este similar cu cel al unui televizor alb-negru, dar este mai alungit și are un ecran mai mic. Există un pistol de electroni în gâtul tubului (2 în figura din dreapta). O diferență de potențial de mii de volți se aplică între catod (la potențial negativ) și grilele anodice (la potențial pozitiv). Electronii sunt atrași de câmpul electric către ecran, focalizat de câmpul magnetic produs de un electromagnet special (4), unde lovesc un material fosforescent (5) care emite lumină în punctul afectat. Fasciculul (3) este deviat orizontal și vertical de câmpul electric transversal generat de două perechi de plăci de deviere (1). Plăcile verticale de deviere, în realitate, erau inițial mai mult de una, controlate de linii speciale de întârziere pentru a crește lățimea de bandă a instrumentului, ulterior linia de întârziere a luat forma unui cartuș care conține linia în sine, constând pur și simplu dintr-o pereche de fire o cu câțiva metri lungime, unul lângă altul, izolat unul de celălalt, ecranat și înfășurat pentru a forma o sculetă, lungimea liniei este invers proporțională cu lățimea de bandă a instrumentului. Amplasat între preamplificatorul de intrare și amplificatorul final, acesta permite semnalului de declanșare, generat în preamplificator, să activeze scanarea, înainte ca semnalul analizat să ajungă pe plăcile verticale, pentru a nu pierde niciun detaliu.
De-a lungul timpului focalizarea magnetică a fost abandonată, preferând să focalizăm fasciculul cu două grile introduse în interiorul tubului, polarizându-le cu tensiuni reglate de două potențiometre, unul pentru focalizare, celălalt pentru astigmatism , acționăm asupra acestora pentru a obține maximul definiția punctului de lumină.
Într-un tub cu raze catodice de televiziune, pe de altă parte, deviația are loc cu două câmpuri ortogonale, unul electric și unul magnetic, acesta din urmă generat de bobine puternice și permite îndoirea traiectoriei electronilor fără a le mări viteza, ceea ce permite ecrane mari, dar compacte. Cu toate acestea, utilizarea bobinelor cu impedanță ridicată transformă circuitul într-un filtru trece jos, ceea ce face imposibilă funcționarea ecranului la frecvențe înalte. Aplicat semnalelor de televiziune acest lucru nu implică nicio problemă, deoarece ecranul trebuie să funcționeze la o frecvență de 25 Hz (160 Hz în cele mai bune monitoare CRT ), dar un osciloscop este utilizat pentru a urmări semnalele care pot avea frecvențe chiar și peste un G Hz și, prin urmare, este necesar să renunțați la curbura mai mare oferită de câmpurile magnetice și să optați doar pentru câmpuri electrice. Acest lucru face ca tubul să fie mult mai alungit și să nu permită ecranele cu un diametru mai mare de 20 cm, inițial forma tubului a fost complet rotundă, în timp, fața a luat forma dreptunghiulară, ulterior, odată cu apariția LCD-urilor au existat nu mai există limite la dimensiunea ecranului.
Când câmpul dintre plăci este zero, electronii se deplasează într-o linie dreaptă, determinând să apară un singur punct luminos în centrul ecranului. Aplicarea unui câmp determină devierea fasciculului cu o amplitudine care este o funcție a diferenței de potențial și o direcție dependentă de polaritatea aplicată plăcilor. Scopul amplificatorului orizontal este de a ridica valorile de tensiune și curent ale semnalului din dinte de fierăstrău generate de oscilator, aducându-le la niveluri optime pentru acționarea plăcilor.
Ambii amplificatori au câștig fix, verticala necesită un circuit numit atenuator, plasat între conectorul de intrare al instrumentului și amplificator, funcția sa este de a atenua semnalele de intrare cu factori fixi și calibrați, menținându-i într-un interval corect pentru a conduce plăci de deviere. Semnalele de intrare foarte mici vor merge direct la amplificator, altfel vor trece în atenuator.
Un exemplu, grilaj vertical: 8 pătrate, urmă în centru, sensibilitate maximă a instrumentului: 5 milivolți pe pătrat, semnal de intrare sinusoidală de 40 milivolți vârf-la-vârf, în acest caz, pentru a afișa semnalul pe cele 8 pătrate făcând pe tot ecranul, este necesar să poziționați selectorul atenuatorului pe valoarea maximă a sensibilității, excluzându-l efectiv, dacă creștem nivelul semnalului aducându-l la 60 milivolți, vârfurile sinusoidului vor ieși din ecran și în plus față de văzându-le, nu am putea măsura valoarea vârf-la-vârf, pentru a re-vizualiza întregul semnal va trebui să folosim atenuatorul, poziționându-l pe primul factor de atenuare.
Intrările osciloscopului au de obicei două valori de impedanță selectabile, 50 ohmi și 1 megaohm , prima este utilizată pentru utilizarea semnalelor standard provenite de la calibratoare și generatoare de semnal, a doua cu utilizarea diferitelor tipuri de sonde; un selector este întotdeauna prezent, potrivit pentru pregătirea intrării pentru efectuarea măsurătorilor în curent continuu sau alternativ , în al doilea caz, un condensator este interpus în serie cu semnalul în cauză, indispensabil pentru unele tipuri de măsurare, pentru a bloca componenta continuă a semnal, de exemplu în măsurarea valului unei surse de alimentare. Caracteristica instrumentului este viteza de răspuns, enorm mai mare decât cea a unui sistem mecanic (de exemplu, un multimetru analogic), deoarece fasciculul de electroni este aproape lipsit de masă , inerția sa este zero, limita de viteză de răspuns este dată de amplificatoare, calitatea din care ajută la determinarea costului osciloscopului; ia în considerare faptul că setând baza de timp la 10 nanosecunde pe pătrat, forțează fasciculul să se deplaseze de la o parte la alta a ecranului într-o zecime de microsecundă, la o viteză de 100 de kilometri pe secundă.
Baza de timp este un circuit oscilator care generează un semnal din dinte de ferăstrău numit și „rampă”, a cărui frecvență este reglabilă într-o marjă largă prin intermediul unui buton care indică intervale de timp precise, referite la un pătrat al grătarului pe ecranul axei orizontale. O tensiune, de la zero, crește liniar până la o valoare maximă, apoi revine rapid la zero și ciclul începe din nou. Acest semnal amplificat, aplicat pe plăcile de deviere orizontală, face ca fasciculul de electroni să scaneze pe ecran. Un circuit numit "Unblanking" (stingere) este responsabil pentru generarea unui impuls de aceeași durată, deoarece este nevoie de semnalul din dinte de fierăstrău pentru a merge de la maxim la minim și este folosit pentru a opri fasciculul și a evita să se vadă "retracerea", adică deplasarea punctului de lumină de la dreapta la stânga.
Osciloscoapele multitrack nu au arme electronice diferite. În realitate, pistele sunt afișate alternativ la fiecare scanare orizontală (moduri alternative ), sau punctele care alcătuiesc pistele sunt afișate alternativ în alternanță rapidă (modul de tăiere ). Oricum, efectul este atât de rapid, încât piesele arată de fapt ca două sau mai multe. Foarte puține modele de osciloscop au fost realizate cu două tunuri electronice și două serii de plăci verticale (cele orizontale sunt comune): una dintre acestea este modelul PM3230, produs în anii 70 de Philips , al cărui circuit era hibrid și al cărui stadiu de intrare dintre cele două canale a constat din triodul dublu E88CC. În acel moment, frecvența de lucru a tranzistoarelor era încă inadecvată pentru etapele de intrare ale osciloscoapelor de înaltă performanță, atât de mult încât producătorul Tektronix, pentru a crește banda de trecere (50 MHz) a modelului complet de tranzistor 453, a pus în producție 454, cu o bandă de trecere triplată (150 MHz) datorită utilizării unui nuvistor în prima etapă de intrare a ambelor canale.
Sursa de alimentare este o componentă importantă într-un osciloscop, deoarece furnizează diferitele tensiuni de valoare adecvată, pentru a încălzi catodul, pentru a alimenta baza de timp, amplificatoarele și tensiunea înaltă pentru plăci și accelerația electronilor. Aceste valori de tensiune trebuie să fie foarte stabile și precise, deoarece orice variație afectează poziția urmelor rezultând o eroare la măsurarea semnalului analizat. În general, aceste tensiuni sunt reglabile cu ajutorul tunsorilor , care sunt necesare pentru reglarea periodică a instrumentului. În general, în manualul de service, producătorul indică intervalele de timp în care instrumentul trebuie recalibrat pentru a menține performanța declarată. În anii 1980, serviciul de certificare internă al producătorului Olivetti , impus de reglementările ISO 9001 , a gestionat recalibrarea acestor instrumente trimestrial.
Unele osciloscoape analogice recente integrează unele funcții digitale structurii descrise. Devierea fasciculului de electroni este controlată de circuite digitale care pot afișa astfel grafică și scrieri, pe lângă urmele analogice. Unele elemente afișate sunt:
- Afișarea pe ecran a setărilor amplificatorului și a bazei de timp.
- Linii orizontale pozitionabile (cursoare) pentru a efectua masuratori de tensiune.
- Linii verticale poziționabile (cursoare) pentru a efectua măsurători de timp.
- Valori de timp, frecvență și tensiune ale semnalului examinat, în formă digitală.
- Meniu pentru setări de declanșare și alte funcții.
Osciloscop de memorie analogică
Unele osciloscoape analogice au memorie . Această funcție face ca pista, care în mod normal se curăță într-o fracțiune de secundă, să persiste câteva minute sau mai mult. Funcția poate fi activată sau dezactivată cu o comandă specifică.
Pentru a obține această funcție, este exploatat fenomenul de emisie secundară : atunci când un electron lovește un fosfor pe ecran, energia cinetică transferată poate provoca, pe lângă emisia de lumină, expulzarea altor electroni din material, ceea ce presupune astfel o sarcină pozitivă. În osciloscoapele cu memorie, un al doilea pistol de electroni produce un flux împrăștiat de electroni cu energie redusă, care sunt atrași de fosforii încărcați pozitiv. Dacă energia acestor electroni este reglată corespunzător, fenomenul de emisie secundară se poate repeta la nesfârșit. În realitate, un ușor dezechilibru inevitabil determină o iluminare progresivă a întregului ecran (energie excesivă) sau dispariția progresivă a pistei (energie mică).
În unele modele memoria este doar bistabilă: imaginea reziduală poate fi prezentă sau absentă. În altele, anularea are loc progresiv. În altele, este posibilă suprimarea temporară a afișării memoriei (prin oprirea pistolului secundar) și reamintirea ulterioară, pe unele modele din anii 60 a fost posibilă activarea parțială a memoriei, doar în jumătatea superioară sau inferioară a tubul.
Osciloscop de stocare digitală
În prezent, osciloscoapele digitale sunt preferate pe scară largă în aplicațiile profesionale, lăsând modelele analogice pasionaților. Dacă în osciloscopul analog rolul fundamental l-a avut tubul de raze catodice, în osciloscopul digital componenta principală este convertorul analog-digital cuplat și RAM .
ADC este de tip FLASH (de obicei 8 biți ), deoarece este esențial să existe o conversie rapidă a semnalului de intrare: conform legii lui Shannon , de fapt, frecvența maximă captată de semnalul de intrare va fi jumătate din frecvența de eșantionare. Acești convertoare sunt de obicei capabili de eșantionare la o frecvență de 20 GHz și, prin urmare, necesită memorie RAM cu o lățime de bandă de peste 20 GB / s .
RAM, datorită constrângerilor stricte de performanță, are o capacitate tipică care nu depășește 64 MB . În 2003 , pentru un osciloscop digital de 20 GHz cu 64 MB de RAM erau necesari aproximativ 100.000 de euro .
Semnalul, odată eșantionat și stocat în RAM, poate fi procesat de un microprocesor capabil să obțină datele de interes din eșantioane (forme de undă, timpi, amplitudini, spectre de frecvență, diverse statistici etc.) și să le afișeze pe un monitor, de obicei în VGA standard 640x480 cu o suprafață de 500x400 pixeli dedicată afișării formei de undă cu diviziunile tipice ale modelelor analogice. Precizia tipică a afișajului este de 1 ~ 3% pentru semnalele de curent continuu, în timp ce eroarea poate crește la 30% la limitele funcționării de curent alternativ.
O particularitate a osciloscoapelor digitale este posibilitatea de eșantionare în timp echivalent . De fapt, dacă este studiat un semnal periodic , este posibil să se probeze în mod repetat semnalul pentru mai multe perioade, atingând o lățime de bandă de peste 50 GHz prin eșantionare la numai 20 GHz; Legea lui Shannon nu este valabilă aici, deoarece se aplică eșantionării semnalelor aperiodice.
În plus față de osciloscoapele de sine stătătoare, osciloscoapele sunt acum produse și sub formă de periferice pentru a fi conectate la un PC standard. RAM-ul folosit pentru eșantionare este evident intern perifericului, dar de la un PC este posibil să se obțină toate datele de interes.
Uneori există o funcție de reglare automată: prin apăsarea unei singure taste, instrumentul se configurează pentru a afișa cel mai bine semnalul primit. Funcția de autocalibrare este implementată pe modelele performante, ocazional operatorul poate activa „rutina” implementată în firmware prin simpla apăsare a unui buton. Modelele actuale de înaltă performanță nu diferă acum prea mult de un PC chiar și din punct de vedere tehnic, au un ecran tactil mare, în interiorul unuia sau mai multor procesoare, a două sau mai multor bănci de RAM și conectori PCI pentru orice periferic, software, Windows 2000 , și evident circuitele de achiziție hardware, care contribuie în mare măsură la costul final al instrumentului.
Aproape toate osciloscoapele digitale pot fi conectate în rețea pentru a fi controlate de la distanță și sincronizate cu alte instrumente de măsurare (de exemplu, utilizarea osciloscopului poate fi coordonată cu un generator de impulsuri). De obicei se utilizează o magistrală IEEE-488 , care permite o interoperabilitate bună (dispozitivele care au viteze diferite pot comunica, fiind asincrone) și are o lățime de bandă bună (1 MB / s pentru 488,1 și 8 MB / s pentru 488,2), împreună cu o bună rezistență la tulburări externe. Cablul este format din 8 linii de date, 7 din GND și 1 scut împletit; există, de asemenea, 8 linii de control. Acesta este un cablu destul de voluminos. Autobuzul poate conecta până la 15 dispozitive pe o linie de până la 20 de metri lungime.
Sonde de măsurare
Sondele sunt un accesoriu fundamental, cu ele semnalul care trebuie examinat este preluat și transferat la instrument. La qualità elettrica di una sonda consiste fondamentalmente nell'alterare il meno possibile il segnale prelevato, se progettata e ingegnerizzata bene anche meccanicamente, con l'uso di buoni materiali può risultare relativamente costosa, ma garantisce affidabilità nelle misure, ridotta usura, e minor rischio di rottura nel lungo periodo. I punti meccanicamente più deboli sono situati in prossimità dell'ingresso del cavo nel connettore e nel puntale di misura; i continui e inevitabili piegamenti del cavo in quei due punti provocano l'usura della calza , costituente lo schermo elettrico del cavo, del dielettrico costituente la zona isolante tra schermo e conduttore del segnale, nonché dello stesso conduttore, costituito da filo di acciaio dello spessore di un capello, l'estrema sottigliezza del filo conduttore è resa necessaria per ottenere un cavo di minima capacità, condizione necessaria per poter trasferire segnali di frequenza elevata con perdite minime.
Una caratteristica delle sonde è il loro fattore di attenuazione, identificato dai simboli X1, X10, X100: una sonda X1 trasferisce il segnale allo strumento senza alcuna attenuazione in tensione, una sonda X10 attenua il segnale di 10 volte, una sonda X100 di 100 volte, ovvero se al suo ingresso si presenta una tensione di 220 volt, all'ingresso dell'oscilloscopio viene presentata una tensione di 2,2 volt. Questo permette di effettuare misure di tensione di valore superiore a quello accettato dall'ingresso dello strumento, oltre a presentare una maggiore impedenza di ingresso, indispensabile in certi casi per non caricare il circuito sotto misura. Alcune sonde sono predisposte per l'uso del fattore 1 e 10, selezionabili tramite un commutatore posto sul puntale. Su strumenti di classe elevata la misura viene visualizzata al valore reale, indipendentemente dal fattore di attenuazione adottato, grazie a piccoli pioli retrattili integrati nel connettore BNC in versione modificata. L'inserimento del connettore mette in contatto i pioli con una ghiera circolare posta intorno al BNC d'ingresso, trasferendo le informazioni di settaggio della sonda allo strumento. Essendo questa soluzione un brevetto Tektronix, il costruttore europeo Philips lo aggirò adottando la soluzione meccanica opposta, ovvero posizionando i pioli di prelievo dei segnali ausiliari intorno al BNC di ingresso, e integrando le ghiere nel BNC della sonda. Alcuni tipi di sonde (attenuate X10) presentano facilitazioni aggiuntive per l'operatore, alcuni modelli Tektronix dispongono sul puntale di misura, pulsantini di servizio, quale ad esempio il cortocircuito a massa dell'ingresso dello strumento o lo spostamento in verticale di pochi millimetri del segnale visualizzato; quest'ultima funzione risulta utile nel caso si lavori con 4 sonde su segnali diversi perché la complessità dell'analisi può essere tale da portare l'operatore ad avere dubbi su quale sia tra i quattro visualizzati il segnale che sta prelevando con la sonda che ha in mano; premendo il pulsantino dedicato, quello tra i quattro segnali rappresentati sullo schermo che si sposta in verticale di pochi millimetri è quello prelevato dalla sonda, alcune presentano una piccola sede in prossimità dell'impugnatura per accogliere anellini di diverso colore per meglio distinguere le une dalle altre, sempre nel caso di misure multiple contemporanee. Tutte sono provviste di un " coccodrillo " che va collegato al potenziale elettrico di riferimento rispetto al quale si vogliono misurare i valori di tensione o le forme d'onda, costituito solitamente dalla massa del circuito.
Ad esclusione delle sonde non attenuate (fattore X1), tutte le altre necessitano saltuariamente di un'operazione definita compensazione (basta un semplice cacciavite), si rende necessaria soprattutto con l'interscambio tra sonde ed oscilloscopi, nonostante i valori di impedenza siano standardizzati, l'accoppiamento perfetto di impedenza tra sonda ed oscilloscopio si realizza al momento, compensando la sonda, ovvero portando il tetto dell'onda quadra visualizzata prelevata dal calibratore, perfettamente orizzontale.
Impieghi
L'uso classico dell'oscilloscopio è nella diagnosi di guasti in apparecchiature elettroniche. Per esempio nel caso di un televisore si parte dallo schema elettrico dove sono indicati i diversi stadi del sistema (sintonizzatore radio, oscillatori, amplificatori, ecc.) ei segnali che dovrebbero essere presenti in diversi punti.
Si collega la sonda dell'oscilloscopio nel punto indicato tra due stadi, dopo avere collegato assieme le masse di oscilloscopio ed apparecchio in esame. Semplificando molto, se il segnale in un certo punto è assente, uno stadio precedente della catena è difettoso. Retrocedendo progressivamente per esclusione, un tecnico competente è in grado di individuare il componente difettoso.
Un altro uso è per provare circuiti appena progettati per verificare la correttezza dei parametri calcolati o individuare eventuali errori. In elettronica digitale è necessario disporre di oscilloscopi con almeno due tracce per confrontare tra loro i segnali, per esempio la linea dei dati con il segnale di clock . È possibile verificare in questo modo la presenza di sorgenti di disturbo.
Un altro impiego è nella progettazione di software embedded . L'oscilloscopio permette di verificare se il software sta inviando i giusti segnali all' hardware .
Un elemento importante nell'uso dell'oscilloscopio è il collegamento delle masse. La massa infatti è il riferimento per le tensioni misurate. In generale la massa dell'oscilloscopio va collegata alla massa del circuito in esame e le sonde in genere hanno un apposito connettore a pinza per questo scopo. Se l'oscilloscopio è alimentato dalla rete elettrica, è probabile che la sua massa sia collegata alla messa a terra e in tale caso lo è anche il connettore di massa sulla sonda. Se anche il circuito in esame è collegato alla messa a terra, collegare la massa della sonda ad un punto del circuito diverso dalla massa può provocare un cortocircuito attraverso l'oscilloscopio, con il rischio di causare danni ad entrambi gli apparecchi.
Alcuni apparecchi hanno la massa di ingresso isolata dalla massa generale. Come precauzione l'apparecchio in esame può essere alimentato attraverso un trasformatore di isolamento, che separa la massa dal circuito di messa a terra, questo accorgimento è assolutamente indispensabile quando si effettuano misure direttamente sulla rete elettrica.
L'oscilloscopio è uno strumento di misura e come tale deve essere manipolato con cura. Per mantenere nel tempo le prestazioni dichiarate del costruttore, come tutti gli strumenti elettronici, anch'esso deve essere sottoposto a periodica calibrazione con strumenti campione presso appositi istituti di metrologia . Particolare cura deve essere prestata alle sonde, che sono fragili e costose; basti pensare che in proposito, negli anni 80, sulle linee di produzione degli stabilimenti Olivetti di Scarmagno , dotate di un parco oscilloscopi di decine di unità, prevalentemente 465 Tektronix, la frequente rottura delle costose sonde originali dovuta alla poca cura nell'usarle, costrinse il servizio assistenza interno a progettare e realizzare in proprio un tipo di sonda da utilizzare sulle linee di produzione, questa veniva a costare un decimo del ricambio originale. Le sonde si dividono grosso modo in due gruppi, passive e attive, queste ultime, necessarie per l'analisi di segnali in corrente o tensioni debolissime, hanno al loro interno circuiti amplificatori i quali necessitano di un proprio alimentatore.
Bibliografia
- Alberto Bandini Buti e Vittorio Re, Oscilloscopio a raggi catodici – Costituzione e impiego pratico , Editoriale Delfino, 1973.
- L. Hintzbergen, L'oscilloscopio e le sue applicazioni , Edizioni di Scienze e Arti - Libreria Corticelli, 1955.
Voci correlate
Altri progetti
-
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su oscilloscopio
Collegamenti esterni
- Tabella comparativa Oscilloscopi virtuali per PC , su epcb.it .
- Memoria Buffer Oscilloscopio , su epcb.it .
- Com'è fatto l'oscilloscopio: studio dello schema del Philips PM3250 , su digilander.libero.it .
- Come usare l'oscilloscopio , su salvitti.it . URL consultato il 29 aprile 2006 (archiviato dall' url originale il 9 maggio 2006) .
- Oscilloscopio: come si utilizza , su audiovalvole.it .
- Oscilloscopio: Guida base, breve e semplice , su bbaba.altervista.org .
- Dieci regole su come scegliere un oscilloscopio digitale , su strumentazioneelettronica.it .
| Controllo di autorità | Thesaurus BNCF 54310 · LCCN ( EN ) sh85021031 · GND ( DE ) 4044141-6 · BNF ( FR ) cb11932907v (data) · NDL ( EN , JA ) 00575468 |
|---|
