L'Oscilloscopio guida all'utilizzo

[Delo]

L'Oscilloscopio guida all'utilizzo
Questa breve e semplice lettura consente di capire il principio base di funzionamento ed i possibili usi di un oscilloscopio indipendentemente dalle prestazioni e dunque dal costo dello stesso. Viene infatti usato per osservare sia segnali lenti come gli impulsi generati dal battito cardiaco sia segnali rapidi e saltuari che si trovano nei dispositivi elettronici quali radio e ciruiti a microprocessore.

A chi si rivolge?
A tutti coloro, principianti e non, che hanno un minimo di nozioni sulle grandezze elettriche, e desiderano conoscere ed imparare ad usare questo bello strumento non troppo complesso a dispetto del gran numero di tasti e selettori che colpiscono a prima vista. Metti il caso che a scuola nessuno te lo abbia spiegato.

A cosa serve l'Oscilloscopio?
Si tratta di uno strumento che visualizza graficamente l'andamento di un segnale elettrico nel tempo (T). Esegue misure di tipo qualitativo piuttosto che quantitativo, ossia mostra il comportamento di una tensione (V) ma la misura assoluta risulta meno precisa rispetto ad un voltmetro. Quest'ultimo infatti consente di apprezzare facilmente per esempio una tensione di 4,53V ai capi di una batteria mentre con l'oscilloscopio si ottiene un'indicazione approssimativa di circa 4,5V. Lo stesso dicasi per le misure temporali, se ho bisogno di misurare una frequenza con precisione devo usare un frequenzimetro.

Come si presenta
Lo schermo ha una griglia graduata solitamente con 8 divisioni verticali e 10 divisioni orizzontali. Ogni quadretto ha 5 ulteriori suddivisioni per ogni asse, utili ad eseguire misurazioni migliori.
ASSE Y - Verticale - Tensione V

Esiste almeno un canale di entrata per il segnale di tensione V da visualizzare (del caso a due canali parleremo poi). Questo segnale passa attraverso un amplificatore a guadagno regolabile tramite un apposito selettore che imposta il valore in Y di ogni divisione. Se dunque lo imposto a 2 V/Div significa che la massima ampiezza visualizzabile del segnale in entrata diventa di 16V (2V per 8 divisioni), anzi rispetto allo zero centrale sono 8V positivi ed 8V negativi.

ASSE X - Orizzontale - BASE TEMPI

Anche per questo asse esiste un selettore che imposta la base temporale ossia quanto tempo vale una divisione. Se ad esempio lo imposto a 10ms/Div vuole dire che il tempo impiegato a tracciare tutto l'asse X, ossia una scansione intera, dura 0,1 secondi (10 ms per 10 divisioni = 100 ms). PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Tramite un pennello elettronico viene illuminato un punto sullo schermo. Quale sia il punto dipende dai due sistemi di deflessione orizzontale e verticale. Come si intuisce l'asse verticale viene pilotato dal segnale d'entrata mentre quello orizzontale dalla base tempi. In assenza di un segnale entrante il punto viene mosso da sinistra a destra disegnando una linea orizzontale piatta.
Ora supponiamo di avere in entrata un segnale ad onda triangolare con ampiezza di 10Vpp ed una frequenza di 25Hz, ossia che si ripete 25 volte al secondo, un periodo dunque dura

1/25 = 0,04 secondi = 40ms.

Se imposto il guadagno a 5V/Div e la base tempi a 10ms/Div quello che viene tracciato ad ogni scansione sull'asse dei tempi risulta come in questa figura: Vale a dire un segnale alto 2 divisioni e che si ripete ogni 4 divisioni sull'asse X.
Se ora cambio il guadagno, cambio di conseguenza le divisioni occupato in altezza. Cambiando invece la base tempi, cambiano le divisioni occupate in larghezza. Appare dunque ovvio che, opportunamente impostato, l'oscilloscopio visualizza graficamente un segnale con qualunque ampiezza, frequenza e forma. Naturalmente entro i limiti massimi e minimi indicati sui selettori.

TRIGGER
Bisogna evidenziare il fatto che viene disegnata una nuova traccia ad ogni scansione dell'asse X e che dura per il tempo definito dal selettore della base tempi, nel nostro esempio 0,1 secondi. A questo punto ci si rende conto che manca da capire il momento in cui inizia una scansione o meglio che cosa la fa iniziare. Trigger significa grilletto e svolge proprio questa funzione. Chiamiamo trigger l'evento che avvia ogni singola scansione.

Questa sezione di fondamentale importanza
consente le due seguenti impostazioni:

• Scelta del fronte tra positivo e negativo tramite un selettore.
• Livello di tensione del trigger tramite un potenziometro in modo continuo, non a scatti predefiniti.

In pratica con queste regolazioni definiamo che l'evento di trigger (l'inizio della scansione) avviene quando il segnale di entrata attraversa il livello di trigger in una delle due possibili maniere, in salita per il fronte positivo oppure in discesa per quello negativo.
Nella figura dell'esempio precedente si osserva che la traccia inizia sul livello di zero (centro dell'asse Y) e quindi il livello di trigger era impostato circa a zero volt mentre il fronte era negativo. Al termine della scansione (o della tracciatura in X) il pennello elettronico viene spento e riportato all'estrema sinistra ad attendere il prossimo evento di trigger.

Grazie a questo sistema succede che, per segnali ripetuti costantemente nel tempo, un nuovo evento di trigger si ripeta identico al precedente e quindi una nuova scansione ridisegna esattamente la stessa forma della precedente. In questa situazione si dice che il trigger sia agganciato al segnale, o che il segnale sia triggerato. Ad ogni modo si riesce ad avere una figura stabile sullo schermo. In mancanza di questa condizione infatti si vede la forma d'onda del segnale entrante che scorre sull'asse X.

Chiariamo meglio il concetto con un disegno. Se abbiamo per esempio un segnale a dente di sega continuo nel tempo, si deve immaginare che con l'oscilloscopio ne vediamo una parte, quella che occupa una scansione. Al termine della scansione il pennello elettronico viene spento e riportato a sinistra. Questa operazione dura un tempo costante che viene chiamato tempo di "HOLD-OFF" (H rimani spento). Quindi se a questo punto inizia una nuova scansione succede che il nuovo punto di inizio della traccia sarà diverso da quello della precedente come si osserva in questa figura:



Dunque, in mancanza di trigger ecco cosa si vede:


il nostro segnale entrante che scorre sull'asse dei tempi. Modi del Trigger

Ogni oscilloscopio ha almeno 3 modi base di impostazione del trigger:

• SINGLE - Singolo, la scansione avviene solo una volta, al primo evento di trigger. Per ripeterne un'altra si deve resettare manualmente il trigger con l'apposito pulsante. In questo modo si vede solamente un'unica tracciata al primo evento di trigger la cui durata dipende dalla base tempi.
• NORMAL - Normale, la scansione ricomincia solo in presenza dell'evento di trigger. Al termine della scansione la traccia viene riportata a sinistra dello schermo e resta in attesa del prossimo evento di trigger. Quindi se mancano gli eventi di trigger nel modo normal non si vede alcuna traccia.
• AUTO - Automatico, la scansione ricomincia automaticamente ad ogni fine scansione anche in mancanza dell'evento di trigger. In questo modo si vede sempre una traccia anche in assenza di segnale in ingresso. Quando entra un segnale piccolo, ossia di ampiezza tale da non generare un evento di trigger, riesco comunque a vedere il segnale ma questo scorre sullo schermo come qui sopra descritto.

Esiste poi su alcuni oscilloscopi, una sezione del trigger per scegliere di ritardarlo o di allargare la base tempi in una zona della scansione ma queste cose sono particolari di certi modelli che cambiano da uno all'altro e vanno quindi viste di caso in caso. Qui rimaniamo concentrati sull'uso di base.