MISURA DELLA TENSIONE E PERIODO DI UN SEGNALE SINUSOIDALE CON L'USO DELL'OSCILLOSCOPIO

-PINZE

-FORBICI

CENNI TEORICI

L'oscilloscopio a raggi catodici è certamente lo strumento principe del laboratorio elettronico.

La sua caratteristica essenziale è quella di visualizzare l'andamento nel tempo dei segnali 616b13g elettrici, ma poiché è possibile convertire in grandezze elettriche la maggior parte delle grandezze fisiche, come, ad esempio la temperatura, la velocità dell'aria, la pressione, l'umidità ecc., si può, di fatto rappresentare visivamente qualunque grandezza fisica dopo un'opportuna conversione nel segnale elettrico corrispondente

Questa conversione è effettuata da specifici trasduttori.

L'oscilloscopio può inoltre effettuare misure di frequenza, di intervalli di tempo, può rilevare il ciclo di isteresi dei materiali ferrosi.

L'elemento fondamentale dell'oscilloscopio è il tubo catodico, detto anche CRT (Catode ray tube = tubo a raggi catodici), costituito da un'ampolla di vetro entro la quale è stato fatto il vuoto spinto, cioè è stata tolta tutta l'aria.

Al suo interno è presente, ad un estremo, il cannone elettronico subito seguito dalle lenti di focalizzazione, quindi dalle placche di deflessione verticali e orizzontali, mentre all'altra estremità vi è lo schermo sul quale si formano le immagini.

Tra il catodo, che corrisponde al cannone elettronico, e l'anodo che si trova sullo schermo, è applicata una d.d.p. (EAT) di circa 15 KV in continua che è ricavata dalla tensione di rete alternata a 230 V, tramite il trasformatore di alimentazione, raddrizzata ed elevata da un dispositivo moltiplicatore di tensione fatto a diodi e condensatori.

 Il catodo, costituito da un cilindretto di nickel, coperto esternamente da una vernice in grado di emettere elettroni se riscaldato, è cavo, ed al suo interno c'è un vermiglione di tungsteno, alimentato a 6,3 V dal trasformatore di alimentazione, che diventa incandescente.

Il cilindretto, riscaldato indirettamente dal vermiglione, emette elettroni che vengono controllati da un cilindro cavo più grande, detto cilindretto di wehnelt.

Gli elettroni, uscendo sotto forma di fascio da un foro, vengono focalizzati da un

sistema di due o tre lenti elettroniche determinando un puntino luminoso sullo

schermo dove si trova l'anodo

Il pennello elettronico, così venutosi a formare, può essere deflesso da un sistema di placche di deflessione orizzontali e verticali costituite da coppie di superfici metalliche caricate con una d.d.p. bilanciata rispetto a massa dell'ordine delle centinaia di Volt.

Il pennello, costituito da elettroni, cioè da cariche elettriche negative, è attratto dalla placca a potenziale positivo e respinto da quella a potenziale negativo e devia dalla traiettoria rettilinea secondo lo schema.

Quando il pennello elettronico arriva sullo schermo, attratto dal potenziale positivo dell'anodo, colpisce una superficie interna coperta di sostanze fluorescenti, le quali, emettono luce che appare all'esterno del tubo.

 Se il pennello elettronico è stato ben focalizzato, al centro dello schermo si determina un puntino luminoso, detto spot.

Applicando alle placche di deflessione orizzontale segnale elettrico a dente di sega, il pennello elettronico viene deviato da sinistra a destra lentamente e, una volta arrivato all'estrema destra , ritorna rapidamente a capo e cosi via, determinando sullo schermo l'immagine di una riga luminosa  orizzontale

Per adattare l'impiego dell'oscilloscopio alle esigenze delle specifiche misure, lo strumento viene dotato di un ricco pannello di controllo. Con riferimento ad un oscilloscopio a doppia traccia, si incontra:

1) area dei controlli generali :

POWER, interruttore di accensione ON e spegnimento OFF.

INTENSITY, regolazione dell'intensità luminosa della traccia.

FOCUS, regolazione della messa a fuoco del fascio catodico.

CAL., uscita del calibratore (si tratta di un segnale ad onda quadra di ampiezza 1 [V] e frequenza 1 [KHz]).

GND, è il morsetto di massa (ground).

BEAM FINDER, comando a pulsante premendo il quale viene elevata al massimo la luminosità e contemporaneamente la traccia viene riportata entro lo schermo.

2) area di selezione del modo di funzionamento MODE :

CH1, funziona il solo canale 1.

CH2, funziona il solo canale 2.

ALT, funzionamento in doppia traccia in modalità ALTERNATE, da usarsi per segnali di frequenza superiore a 30 [KHz].

CHOP, funzionamento in doppia traccia in modalità CHOPPED, da usarsi per segnali di frequenza inferiore a 500 [Hz].

3) area dei controlli relativi al canale 1, denominata CH1 or Y :

INPUT, connettore ingresso segnale (del tipo BNC).

AC-GND-DC, commutatore che in posizione AC permette di eliminare l'eventuale componente continua in ingresso, in posizione GND elimina totalmente il segnale dall'ingresso, in posizione DC visualizza l'intero segnale in ingresso.

VOLTS / DIV, attenuatore del canale verticale.

POSITION, controllo della posizione verticale.

4) area dei controlli relativi al canale 2, denominata CH2 or X :

analoga a CH1 or Y.

5) area di controllo della base dei tempi :

SWEEP TIME/DIV, controlla la velocità di scansione orizzontale e quindi permette di variare la scala dell'asse orizzontale. Dispone di una posizione X-Y che esclude il generatore interno di rampa e permette il funzionamento XY nel quale il canale CH1 controlla la deflessione verticale, mentre il canale CH2 controlla la deflessione orizzontale.

POSITION, controllo della posizione orizzontale.

6) area di controllo del trigger, denominata TRIGGERING :

LEVEL, regola il livello del segnale d'ingresso in coincidenza del quale deve iniziare la rampa della base dei tempi (permette di migliorare la visualizzazione).

PULL AUTO, tirando la manopola del comando LEVEL si attiva il funzionamento automatico.

HOLD-OFF, consente di variare la durata dell'intervallo tra una rampa e la successiva, è utile per stabilizzare l'immagine di particolari segnali.

SLOPE, permette di selezionare il fronte positivo o negativo del segnale d'ingresso.

SOURCE, permette di selezionare da dove prelevare il segnale di trigger.

EXT, ingresso per il segnale di trigger esterno.

FORMULE UTILIZZATE

V = Lv * V/D

T = Lt * T/D

SCHEMA TOPOGRAFICO

TABELLA

GRAFICO

CONCLUSIONI

In questa esperienza abbiamo registrato le variazioni di tensione di un circuito elettrico, formato da una resistenza e un condensatore, con l'ausilio di un' oscilloscopio.

Dopo aver montato il circuito (vedi schema elettrico) abbiamo riportato in una tabella (vedi tabella) tutti i valori punto per punto, partendo da un frequenza iniziale di 500 Hz  fino ad arrivare a una frequenza di 50 KHz.

Dopo di che con i valori trovati abbiamo ricavato il  grafico logaritmico dell'andamento della tensione; nell'osservazione del grafico abbiamo notato che per le prime frequenze la tensione rimane costante, dopo di che più si aumenta la frequenza più la tensione diminuisce.

Abbiamo visto, poi, che l'andatura della curva non è perfetta rispetto a quella teorica, questo  per via di qualche piccola imprecisione nella lettura dei valori che noi siamo andati a leggere sull'oscilloscopio o anche a causa di alcune interferenze sul circuito RC . Inoltre dalla teoria abbiamo individuato la tensione pari alla frequenza di taglio che nel nostro caso è pari a 4825.323.

Questo risultato lo abbiamo ottenuto mediante la seguente formula B = 1/2πRC

La tensione corrispondente è risultata quella teorica che è pari a 1/√2, cioè 0.7071.   

Grazie a questa esperienza abbiamo capito i principi di funzionamento di uno oscilloscopio e l'importanza del suo impiego.