Gli oscilloscopi analogici. la deflessione orizzontale la sincronizzazione la base dei tempi Oscilloscopi a tracce multiple

Gli oscilloscopi analogici

• la deflessione orizzontale

• la sincronizzazione

• la base dei tempi

• Oscilloscopi a tracce multiple

Testi consigliati Testi consigliati

• C. Offelli - Strumentazione elettronica - Edizioni Libreria Progetto - Padova - 1991

• G. Costanzini, U. Garnelli - Strumentazione e misure elettroniche - Zanichelli - Bologna

• C. Offelli, D. Petri - Lezioni di strumentazione elettronica - CittàStudiEdizioni - Milano - 1994

Deflessione orizzontale

• Funzionamento in xy

– tensione V_x proveniente dall'esterno

– condizionamento del tutto analogo a quello per l'asse verticale

• Funzionamento in base dei tempi

se V_x = h · t  D_x = k · t – asse x tarato in tempo

– V_x deve variare linearmente con il tempo – V_x tensione a rampa lineare

D l L d

V

x

V

x a

 

 

2

Deflessione orizzontale

T

+V

-V

V

t

t

t

possibile andamento temporale di V

Deflessione orizzontale

• Ipotesi sul segnale di ingresso:

– tensione periodica di periodo T_y

• E’ visualizzata un’unica traccia solo se il

periodo T_x della tensione a dente di sega V_x coincide con un multiplo intero del periodo T_y di V_y

T_x = m · T_y

Deflessione orizzontale

• se la relazione T

= mT

non è soddisfatta ad ogni spazzolata si ha una traccia

diversa dalla precedente

Deflessione orizzontale

Per avere un’unica traccia

• in molti casi è sufficiente che il pennello elettronico parta dal margine sinistro dello schermo quando il segnale V_y :

– assume un valore prefissato

– ha la derivata di un determinato segno (pendenza)

Sincronizzazione

V

V

t

t

porzione di traccia visualizzata = 0.75 T

Sincronizzazione Per avere la coincidenza fra

• istante di partenza della rampa

• punto iniziale della porzione di segnale da visualizzare

quando V_y assume valori prefissati di

– livello

– pendenza

viene generato un

impulso di trigger

che comanda la partenza della rampa V

base dei tempi

• genera la rampa V_x di pendenza variabile

• riporta il pennello dal margine destro a quello sinistro

• interdice il pennello durante il ritorno (impulso di unblanking)

• attende l'arrivo del nuovo impulso di trigger

trigger

• INT ricavato dal segnale inviato all'asse y

• EXT ricavato da un generico segnale fornito dall'esterno

• LINE ottenuto dall’alimentazione di rete

generazione trigger

derivatore clipper +

- +

V

-

V

1

1’

2 2’

V

V

V

V

blocco

squadratore

trigger

t t t t t

t t t t t V

V

V

V

V

V

1-1’

(V

-V

)

2-2’

(V

-V

)

base dei tempi

hold-off comando

di trigger

gate generatore

di rampa asse Y unblanking

V

+ +

V

V

V

V

blocco gate

(modo: NORMAL)

Gate = comparatore con isteresi

– VGH e VGL molto discoste fra loro

• V_G < V_GL : uscita gate V_C alta

• V_G > V_GH : uscita gate V_C bassa

• V_GL < V_G < V_GH : uscita gate V_C inalterata

hold-off comando

di trigger gate ^generatore

di rampa

asse Y unblanking

+ +

V_G V_C

V_H

generatore di rampa

• la rampa parte sul fronte di salita della tensione di uscita del gate V

• impulso di unblanking durante la rampa

hold-off comando

di trigger gate generatore

di rampa

asse Y unblanking

+ +

V_G V_C

V_H

generatore di rampa

generatore di rampa

blocco di hold-off

• funzionamento ideale:

– a riposo VH = VH0

– se in ingresso si ha una rampa di pendenza positiva  uscita proporzionale all'ingresso

– se la tensione di ingresso decresce  blocco di hold-off si comporta come un circuito monostabile

hold-off

comando

di trigger gate generatore di rampa

asse Y unblanking

+ +

V_G V_C

V_H

blocco di hold-off

• il funzionamento monostabile significa:

– tensione di uscita costante – intervallo di tempo regolabile

– trascorso tale intervallo di tempo la tensione di uscita si riporta (a scatto) al valore iniziale VH0

a  

b c

t0

t1 t2

t3

t4 t5 t6

b c d t

t t

t V_T

V_GH

V_GLV_H0

V_G

V_C

V_R V_R0

a

sincronizzazione

• il segnale di ingresso sia di periodo Ty

• la condizione per avere una traccia stabile è (m intero positivo)

Tx =  _a ⁺  _b ⁺  _c ^{= mTy}

 _a : intervallo di visualizzazione

– _b : tempo ripristino condizioni iniziali – _c : tempo di attesa necessario per la

sincronizzazione



gate: NORMAL

• per avere la visualizzazione si richiede un impulso di trigger

• nesssun impulso  nessuna traccia

gate: AUTO

• gate = logicamente funziona come un circuito astabile

– generatore di onda quadra con un periodo di oscillazione proprio

hold-off comando

di trigger gate ^generatore

di rampa

asse Y unblanking

+ +

gate: AUTO

• VC (comando rampa) = onda quadra indipendente dagli impulsi di trigger

• si ha rampa periodica e visualizzazione senza sincronizzazione

• è possibile, ma non certa, la sincronizzazione

– si forza il periodo di oscillazione del gate mediante gli impulsi di trigger

gate: SINGLE

• oppure one-shot o single-sweep

• ogni singola spazzolata si richiede la

abilitazione mediante un comando esterno

uso del comando hold-off

Tx =







• hold-off influisce su



• la variazione dell’intervallo



Utilizzazione Hold-off

T1

T

livello trigger

a b a b

t

t

t

OSSERVAZIONE DEI FRONTI RIPIDI OSSERVAZIONE DEI FRONTI RIPIDI

- SI PERDE L’OSSERVAZIONE DEL FRONTE

RIMEDIO : RIMEDIO :

– INTRODUZIONE DI UNA LINEA DI RITARDO SUL CANALE VERTICALE

SCHEMA A BLOCCHI DI UN OSCILLOSCOPIO SCHEMA A BLOCCHI DI UN OSCILLOSCOPIO

LINEA DI RITARDO

Oscilloscopi a tracce multiple

V_YA

V_YB

+-

C0 C1

I_A

I_B

Vy

• ALTERNATE

• una spazzolata: chiuso IA e aperto IB

• nella spazzolata successiva: aperto IA e chiuso IB

ALTERNATE

• Primo caso: gli impulsi di sincronismo sono ricavati da uno solo dei due canali

esempio

– sincronismo canale A: Tx = nTA

– il canale B è sincronizzato solo se

Tx = mTB

• se le tracce sono sincronizzate è conservata la relazione di fase

ALTERNATE V_YA

V_YB

liv. trig.

ALTERNATE

• Secondo caso: gli impulsi di trigger sono ottenuti alternativamente da entrambi i canali

• le tracce sono sincronizzate, ma si è persa la relazione di fase

ALTERNATE V_YA

V_YB

Oscilloscopi a tracce Oscilloscopi a tracce

multiple multiple

 CHOPPED

 in ogni spazzolata si hanno numerose aperture e chiusure di IA e IB

 sono visualizzate alternativamente piccolissime porzioni dei due segnali

+-

C0 C1

I_A

I_B

CHOPPED

• il segnale di trigger dipende da un unico canale (A o B)

• è conservata la relazione di fase

• non è garantito il sincronismo di entrambe le tracce

CHOPPED ya

yb

t

si ha spegnimento del fascetto

elettronico durante la commutazione fra i

segnali

CHOPPED ya

yb

t

- 41 ElapB2 - © 2012 DDC

Sonde

linea

(cavo coassiale)

OSCILLOSCOPIO

terminale BNC

C R

C

I I

c

spesso C_C >> C_I

- 42 ElapB2 - © 2012 DDC

Sonde: media frequenza

• resistenza di ingresso elevata riduce l’effetto di carico (che

produce attenuazione del segnale)

• reattanza capacitiva varia con la frequenza

– rotazione di fase

– distorsione del segnale visualizzato

• R e C: limitazione di banda

terminale BNC

 resistenza RI

(1 - 10 M)

 capacità CI

(decine di pF)

- 43 ElapB2 - © 2012 DDC

Sonde Compensate

C

circuito di

compensazione

OSCILLOSCOPIO

sonda compensata

R C

CI I

c RS

S

cavo coassiale

Vs V_I

- 44 ElapB2 - © 2012 DDC

Sonde Compensate

circuito di compensazione

C

= C

+ C

V V

R

jwR C R

jwR C

R

jwR C

I S

I

I P

S

S S

I

I P

  

 

 1

1 1

- 45 ElapB2 - © 2012 DDC

• se RI CP = RS CS

si ha un legame non dipendente dalla frequenza

– RS = 9RI  attenuazione pari a 10

– resistenza di carico elevata (10RI ) in parallelo ad una capacità molto piccola

Sonde Compensate

V V R

R R

I S

I

S I

 



- 46 ElapB2 - © 2012 DDC

Sonde Compensate

• In pratica

per compensare una sonda, ossia per soddisfare la condizione:

RI CP = RS CS

si usa come segnale di test un’onda quadra fornita dall'oscilloscopio

- 47 ElapB2 - © 2012 DDC

Sonde Compensate

non compensata

non compensata

compensata

- 48 ElapB2 - © 2012 DDC

Sonde Compensate

Consiglio pratico:

• se si cambia sonda, oppure oscilloscopio, è buona norma

verificare la compensazione della sonda

- 49 ElapB2 - © 2012 DDC

Cavi coassiali

Cavi coassiali : : alta alta frequenza

frequenza

coassiale

C

RI I

L l D

  d

 





2 ln

d

 2    ln

Z L

C

D d

r r

0

    60 3 

 ^{, ln}

• Per D/d=2,71 il cavo può sostenere la massima tensione senza superare la rigidità dielettrica dell’isolamento

• Per D/d=1,65 si ha il massimo trasferimento di potenza

• Per D/d =3,6 si ha la minima attenuazione introdotta dal cavo

- 50 ElapB2 - © 2012 DDC

Cavi Cavi coassiali coassiali : : alta alta frequenza

frequenza

D/d 1,65 2,71 3,6 Coassiale in aria

(r = 1; r = 1)

Z₀ () 30 60 77 Coassiale con polietilene

(_r = 1; _r = 2,3)

Z₀ () 20 40 50

I valori di impedenza caratteristica sono dunque prossimi a quelli comunemente in uso.