Come usare l'Oscilloscopio

oscilloscopio-500Elenco regolazioni
Qui vediamo tutti i dettagli basilari per poter usare l’oscilloscopio, a cosa servono tutti i vari tasti, selettori e potenziometri.
Dopo aver appreso i principi di base, questa parte potrebbe apparire, a prima vista, lunga e noiosa ma a dire il vero non è altro che la lista di tutte le voci presenti nell’oscilloscopio.
Quindi le cose già chiare si possono saltare senza problemi, al momento di un qualche dubbio su una della tante regolazioni questo elenco diventa un rapido punto di riferimento per rinfrescarsi la memoria.

Comandi principali
ON/OFF: Per accendere e spegnere non servono spiegazioni. In alcuni modelli questo interruttore si trova incorporato nel potenziometro di regolazione dell’intensità luminosa.
INTENSITÀ: Detta anche luminosità, niente da aggiungere tranne che bisogna aumentarla quando la scansione va molto veloce. Bisogna invece abbassarla quando la scansione va molto lenta (ad esempio a 100ms/Div), tanto lenta da vedere, invece che una traccia continua, il puntino luminoso in movimento. Infatti in questo caso se troppo luminoso si potrebbe stressare eccessivamente lo schermo in una sola zona con il rischio di esaurirlo prematuramente.
FUOCO: Serve per mettere a fuoco il pennello elettronico, va regolato per fare in modo che la traccia sia ben definita. A volte viene influenzato dalla luminosità.
TRACE ROTATION: Serve ad allineare in orizzontale la traccia alla griglia dello schermo, infatti essa viene influenzata in modo visibile dal campo magnetico terrestre.
XY: Per l’uso normale questo tasto deve restare disattivo. Esso serve a scollegare la base tempi dalle placche di deflessione orizzontale per pilotarle con un secondo segnale esterno (solitamente dal secondo canale negli oscilloscopi a due traccie). Tale configurazione consente di vedere delle figure sullo schermo (dette di Lissajous) che dipendono dalla forma dei due segnali e dal rapporto tra le loro frequenze. Se ad esempio uso due segnali sinusoidali identici si visualizza una linea a 45 gradi, se i segnali sono sfasati di 90 gradi si visualizza un cerchio.
TEST SIGNAL: Non presente su tutti, questo terminale emette un segnale ad onda quadra che va usato per la calibrazione capacitiva delle sonde (vedere di seguito).

Le sonde
La sonda merita certamente un approfondimento. Costituita da un cavetto coassiale attestato da un lato con un connettore BNC per collegarsi all’entrata dell’oscilloscopio. Dall’altro capo ci sono due terminali, uno per la massa (coccodrillo collegato alla calza o schermo del cavo coassiale) ed uno per l’anima (una punta con una clip). Si possono incontrare due tipi di sonde, quella uno ad uno e quella uno a dieci (attenuatrice). Questo dato bisogna conoscerlo in quanto influenza il valore delle divisioni sull’asse verticale. Solitamente lo troviamo stampigliato sulla sonda. Ad ogni modo quelle che attenuano hanno anche una vitina per la calibrazione.
Esistono inoltre delle sonde di corrente che sono in pratica dei piccoli semitrasformatori da accoppiare a dei fili per leggere i segnali in corrente alternata.

Impedenze
L’ingresso dell’oscilloscopio ha solitamente un impedenza di 1Mohm, le sonde che attenuano elevano l’impedenza a 10Mohm ed in questo modo si realizza l’attenuazione di dieci volte. Questo dato torna utile quando ci si deve collegare a punti che possono venire disturbati dal collegamento stesso e quindi si predilige (potendo scegliere) la sonda con impedenza maggiore.

Calibrazione delle sonde
Con questo si intende solo la calibrazione capacitiva delle sonde attenuatrici in quanto la componente resistiva è fissa. Per eseguire la calibrazione si deve usare il TEST SIGNAL e quindi ruotare la vite di regolazione (trimmer capacitivo) per vedere un’onda quadra con gli angoli perfetti, ne smussati ne a punta. Per questa operazione si consiglia di usare un cacciavitino in plastica, usandone uno in metallo si nota a volte che l’avvicinamento ed il contatto influenzano la regolazione stessa.

Canale di entrata tensione
Questa sezione riguarda la deflessione sull’asse verticale dello schermo. Nel caso di oscilloscopi a due canali ve ne sono due copie identiche, una per ogni canale, ed in aggiunta i selettori di canale che vedremo dopo qui avanti. Comunque oltre al selettore dei Volt/Divisione sempre presente troviamo:
Connettore coassiale (BNC) di entrata del segnale da visualizzare al quale si collega la sonda di misura.
Selettore di accoppiamento tra DC, GND, AC che permette di interporre un condensatore in serie all’entrata (AC), di escluderlo (DC), oppure di staccare l’ingresso dal BNC e chiuderlo a massa (GND) senza staccare fisicamente la sonda.
Potenziometro di posizione (Y-POS) che serve a stabilire la posizione verticale del pennello elettronico con l’ingresso a GND, definisce insomma lo zero sullo schermo. Normalmente viene messo al centro per vedere segnali bipolari oppure accoppiati in AC. Posso anche spostarlo in basso se voglio vedere segnali solo positivi oppure, se ho due canali ne centro uno sopra e l’altro sotto a piacere.
Sul selettore di V/Div esiste solitamente un potenziometro per modificare il valore di ogni quadretto in modo continuo invece che a scatti predefiniti. Questo serve per poter misurare i tempi di salita e discesa dei segnali. Per ora ci interessa conoscerlo solo per verificare che sia in posizione di riposo, altrimenti il valore impostato per i V/Div non corrisponde sullo schermo, si dice che il canale non è CALibrato. Da notare che questo è un potenziometro resistivo e non ha nulla che fare con la calibrazione capacitiva delle sonde attenuatrici.
Invert. Selettore di inversione, quando attivo serve appunto per invertire il segnale sull’asse verticale. Bisogna sapere che esiste, a volte risulta comodo specialmente nell’oscilloscopio a due canali.

Base tempi
Questa sezione riguarda la deflessione sull’asse orizzontale, ed oltre al selettore del tempo per divisione troviamo:
Potenziometro di posizione (X-POS) che stabilisce la posizione orizzontale di inizio della scansione.
Moltiplicatore X10 (per 10), allarga di dieci volte la traccia sull’asse orizzontale. Quando attivato torna utile per vedere meglio ad esempio la zona finale della scansione che andrebbe fuori schermo agendo sul selettore della base tempi. In pratica abbiamo allargato un quadretto orizzontale a tutto lo schermo e con il potenziometro X-POS possiamo scorrere lungo tutti i dieci quadretti.
HOLD-OFF, questo potenziometro serve ad aumentare il tempo (H) che impiega il pennello elettronico a tornare dall’estrema destra a sinistra. In pratica consente di cambiare il periodo di ripetizione delle scansioni senza variare la durata del Tempo per Divisione.
Viene usato in casi particolari quando non si riesce ad agganciare bene il trigger. Durante il tempo H il trigger è disattivo (non genera eventi di inizio scansione). Questo tempo può essere allungato moltissimo, ben oltre la durata di una scansione e dunque nella nostra figura la distanza tra le scansioni cresce tanto fino ad uscire da questa pagina. Con questa regolazione si può operare in due modi; A) tentare di avvicinare la frequenza di scansione ad un multiplo di quella del segnale entrante per vederlo fermo o quasi; B) estendere il tempo di trigger disattivo in modo da mascherare tratti temporali del segnale entrante dove si creano eventi di trigger indesiderati.
Sul selettore del Tempo/Div (come su quello dei V/Div) esiste un potenziometro per modificare il valore di ogni quadretto in modo continuo invece che a scatti predefiniti. Per ora ci interessa conoscerlo solo per verificare che sia in posizione di riposo, altrimenti il valore impostato per la base tempi non ha il valore atteso sullo schermo, ossia non è CaLibrato.

Trigger
Questa sezione fondamentale permette di scegliere la sorgente del trigger ed anche quali filtri applicare al segnale prima di arrivare al comparatore che genera l’evento di trigger.
Le impostazioni principali esaurientemente descritte nei principi di funzionamento sono:
Livello, potenziometro che regola il valore della tensione di intervento del trigger usata come confronto dal comparatore.
Fronte, anche detto inclinazione (slope su alcuni), sceglie tra positivo (salita) o negativo (discesa) del segnale entrante.
Modo, sceglie uno tra i possibili (AUTO, NORMAL, SINGLE) modi del trigger.

La sorgente del segnale viene scelta tra:
CH 1 canale d’entrata principale.
CH 2 canale secondario laddove esiste.
EXT ingresso BNC specifico per un segnale esterno che non viene visualizzato ma usato solo per agganciare il trigger.
MAINS aggancia il trigger direttamente alla frequenza della rete di alimentazione, il solito disturbo a 50 o 60 Hz sempre presente. Da notare che nei modelli alimentati a batteria tale sorgente ovviamente manca.

Poi i filtri solitamente disponibili sono:
DC nessun filtro, accoppiamento diretto in corrente continua.
AC accoppiamento in alternata, rimuove la componente continua.
HF inserisce un filtro di alta frequenza.
LF inserisce un filtro di bassa frequenza.
Ci sono anche, ma non su tutti gli oscilloscopi, dei filtri specifici per aiutare a triggerare i segnali televisivi di riga (H+ ed H- che sta per orizzontale) e di quadro (V+ e V- che sta per verticale).

OSCILLOSCOPIO DUALE: A DUE CANALI O TRACCE
Quando vi sono due canali tutta la sezione verticale raddoppia, avremo due distinti BNC di ingresso, due selettori di V/Div eccetera.
Entrambi i canali devono convergere sull’unico sistema di deflessione verticale in una delle seguenti maniere:
ADD sta per addizione e dunque si visualizza una sola traccia dopo aver sommato i due segnali entranti. Usando l’inversione di uno dei due si ottiene graficamente la sottrazione tra loro.
ALT sta per alternato e significa che ad ogni scansione si scambia il canale che pilota l’asse verticale. Questo si vede facilmente con tempi di scansione lenti. Con scansioni via via più veloci si vedono solo due traccie separate e contemporanee grazie alla persistenza dell’occhio umano.
CHOP sta per chopper (spaccatore) e significa che la deflessione verticale viene alternativamente pilotata dai due canali molto rapidamente in ogni scansione. Viene quindi disegnato un piccolo tratto per ogni canale e come risultato si vedono due traccie contemporanee separate. Infatti i trattini sono così fitti da sembrare una linea ininterrotta.
In conclusione, quando uso due canali per osservare segnali lenti mi conviene usare il metodo CHOPper, se invece guardo segnali molto veloci mi conviene il meto ALTernato.
Se infatti faccio il contrario succede che evidenzio i difetti dei due metodi ossia: con il CHOPper vedo i trattini mentre con l’ALTernato vedo prima uno e poi l’altro canale.

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