Un oscilloscopio è un dispositivo che visualizza corrente, tensione, frequenza e avanzamento di fase di un circuito elettrico. Il dispositivo visualizza la relazione tra il tempo e l'intensità di un segnale elettrico. Tutti i valori sono rappresentati con un semplice grafico bidimensionale.
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A cosa serve un oscilloscopio
Un oscilloscopio è usato dai tecnici elettronici e dai radioamatori per misurare
- Ampiezza di un segnale elettrico - Rapporto tra tensione e tempo;
- analizzare lo spostamento di fase;
- per vedere la distorsione di un segnale elettrico
- calcolare la frequenza della corrente dai risultati.
Anche se l'oscilloscopio mostra le caratteristiche del segnale analizzato, è più comunemente usato per identificare i processi che avvengono in un circuito elettrico. Con un oscilloscopio, i tecnici possono ottenere le seguenti informazioni
- la forma d'onda del segnale periodico;
- Valori di polarità positiva e negativa;
- il campo di variazione del segnale nel tempo;
- la durata del semiperiodo positivo e negativo.
La maggior parte di questi dati può essere ottenuta con un voltmetro. Tuttavia, le misurazioni dovrebbero essere fatte con una frequenza di pochi secondi. La percentuale di errore nei calcoli è alta. Lavorare con un oscilloscopio permette di risparmiare molto tempo per ottenere i dati richiesti.
Come funziona un oscilloscopio
Un oscilloscopio misura con un tubo catodico. Si tratta di una lampada che concentra la corrente da analizzare in un fascio. Questo raggiunge lo schermo dello strumento, deviando in due direzioni perpendicolari:
- verticale - mostra la tensione che viene analizzata;
- Orizzontale - mostra il tempo trascorso.
Due coppie di piastre del tubo del fascio di elettroni sono responsabili della deflessione del fascio. Quelli che sono posizionati verticalmente sono sempre energizzati. Questo aiuta a distribuire i diversi valori dei poli. L'attrazione positiva devia a destra, quella negativa a sinistra. In questo modo, la linea sullo schermo dello strumento si muove da sinistra a destra ad una velocità costante.
C'è anche una corrente elettrica che agisce sulle piastre orizzontali, che deflette l'indicatore di tensione del fascio dimostrativo. La carica positiva è verso l'alto, la carica negativa è verso il basso. In questo modo un grafico lineare bidimensionale, chiamato oscillogramma, appare sul display del dispositivo.
La distanza che il raggio percorre da sinistra a destra dello schermo è chiamata sweep. La linea orizzontale è responsabile del tempo di misurazione. Oltre al grafico bidimensionale lineare standard ci sono anche sweep circolari e a spirale. Tuttavia, non sono così comode da usare come le forme d'onda classiche dell'oscilloscopio.
Classificazione e tipi
Ci sono due tipi principali di oscilloscopi:
- Analogico - apparecchio per la misurazione di segnali medi;
- Digitale - gli strumenti convertono il valore di misurazione in un formato "digitale" per la successiva trasmissione di informazioni.
Ci sono le seguenti classificazioni secondo il principio di funzionamento:
- Modelli universali.
- Attrezzatura speciale.
Il più popolare sono dispositivi universali. Questi oscilloscopi sono utilizzati per analizzare diversi tipi di segnali:
- Armonico;
- Impulsi singoli;
- Pacchetti di impulsi.
Gli oscilloscopi universali sono progettati per una grande varietà di dispositivi elettrici. Possono misurare segnali che vanno da pochi nanosecondi. L'errore di misurazione è del 6-8%.
Gli oscilloscopi universali si dividono in due tipi principali:
- Monoblocco - hanno una specializzazione generale delle misure;
- con unità intercambiabili - adattabili alla situazione specifica e al tipo di strumento.
Le unità speciali sono progettate per un tipo specifico di apparecchiature elettriche. Così ci sono oscilloscopi per la radio, la trasmissione televisiva o la tecnologia digitale.
I dispositivi universali e speciali si dividono in:
- Alta velocità - usato in strumenti ad azione rapida;
- Storage - dispositivi che immagazzinano e recuperano le letture fatte in precedenza.
Quando si sceglie uno strumento, si deve fare uno studio attento delle classificazioni e dei tipi per scegliere quello più adatto alla situazione.
Design e principali parametri tecnici
Ogni strumento ha le seguenti caratteristiche tecniche:
- Il coefficiente di errore possibile nella misurazione della tensione (la maggior parte dei dispositivi ha questo valore non superiore al 3%).
- Il valore della linea di sweep del dispositivo - maggiore è questa caratteristica, più lungo è il periodo di osservazione.
- La caratteristica di sincronizzazione che contiene: gamma di frequenza, livelli massimi e instabilità del sistema.
- I parametri di deviazione verticale del segnale con la capacità d'ingresso dell'attrezzatura.
- Valori di risposta transitoria che mostrano il tempo di salita e l'overshoot.
Oltre ai valori di base elencati sopra, gli oscilloscopi hanno parametri aggiuntivi sotto forma di una risposta di ampiezza-frequenza che mostra la dipendenza dell'ampiezza dalla frequenza del segnale.
Gli oscilloscopi digitali hanno anche un valore di memoria interna. Questo parametro indica la quantità di informazioni che lo strumento può registrare.
Come vengono effettuate le misurazioni
Lo schermo di un oscilloscopio è diviso in piccoli quadrati che sono chiamati divisioni. A seconda dello strumento, ogni quadrato equivale a un certo valore. La denominazione più popolare è: una divisione equivale a 5 unità. Inoltre su alcuni strumenti c'è una manopola per controllare la scala del grafico in modo che gli utenti possano prendere le misure più comodamente e accuratamente.
Prima di iniziare qualsiasi tipo di misurazione, l'oscilloscopio deve essere collegato a un circuito elettrico. La sonda è collegata a uno qualsiasi dei canali liberi (se c'è più di 1 canale nel dispositivo) o al generatore di impulsi, se l'oscilloscopio ne ha uno. Una volta collegato, varie immagini di segnali appariranno sul display del dispositivo.
Se il segnale ricevuto dal dispositivo è brusco, il problema è nella connessione della sonda. Alcuni sono dotati di viti in miniatura che devono essere serrate. Anche gli oscilloscopi digitali hanno una funzione di posizionamento automatico per risolvere il problema di un segnale vagante.
Misurazione corrente
Quando si misura la corrente con un oscilloscopio digitale, è necessario sapere cosa tipo di corrente dovrebbe essere osservato. Gli oscilloscopi hanno due modalità di funzionamento:
- Direct Current ("DC") per la corrente continua;
- Alternating Current ("AC") per la corrente alternata.
La corrente DC è misurata quando la modalità Direct Current è abilitata. Le sonde dell'apparecchio devono essere collegate all'alimentazione in allineamento diretto con i poli. Il coccodrillo nero è collegato al meno, il rosso al più.
Una linea retta apparirà sul display. Il valore dell'asse verticale corrisponderà al parametro della tensione DC. La corrente può essere calcolata secondo la legge di Ohm (tensione divisa per la resistenza).
La corrente alternata è un'onda sinusoidale, perché anche la tensione è variabile. Quindi il suo valore può essere misurato solo in un certo periodo di tempo. Si calcola anche con la legge di Ohm.
Misura della tensione
Per misurare la tensione del segnale è necessario l'asse delle coordinate verticali di un grafico lineare bidimensionale. Per questo motivo, tutta l'attenzione sarà rivolta all'altezza dell'oscillogramma. Dovreste quindi regolare lo schermo in modo più conveniente per la misurazione prima di iniziare l'osservazione.
Poi impostare il dispositivo in modalità DC. Collegare le sonde al circuito e osservare il risultato. Sul display dell'apparecchio apparirà una linea retta il cui valore corrisponde alla tensione del segnale elettrico.
Misurazione della frequenza
Prima di capire come misurare la frequenza di un segnale elettrico, dovresti sapere cos'è un periodo, dato che i due concetti sono correlati. Un periodo è il più piccolo intervallo di tempo dopo il quale l'ampiezza comincia a ripetersi.
È più facile vedere il periodo su un oscilloscopio usando l'asse orizzontale delle coordinate temporali. Devi solo notare dopo quale intervallo di tempo il grafico a linee comincia a ripetere il suo schema. È meglio considerare l'inizio del periodo come il punto di contatto con l'asse orizzontale, e la fine come la ripetizione della stessa coordinata.
La velocità di scansione è ridotta per facilitare la misurazione del periodo del segnale. In questo caso l'errore di misurazione non è così alto.
La frequenza è il valore inversamente proporzionale al periodo analizzato. Cioè, per misurare un valore, bisogna dividere un secondo di tempo per il numero di periodi che si verificano durante quell'intervallo. La frequenza risultante si misura in Hertz, lo standard per la Russia è 50 Hz.
Misura dello spostamento di fase
Lo spostamento di fase è definito come la posizione relativa nel tempo di due processi oscillanti. Si misura in frazioni del periodo del segnale, in modo che indipendentemente dalla natura del periodo e della frequenza, gli stessi spostamenti di fase hanno un valore comune.
La prima cosa da fare prima di misurare è scoprire quale segnale è in ritardo rispetto all'altro e poi determinare il valore del segno del parametro. Se la corrente è avanti, il parametro di spostamento angolare è negativo. Se la tensione è avanti, il segno del valore è positivo.
Per calcolare il grado di sfasamento segue:
- Moltiplicare 360 gradi per il numero di celle della griglia tra gli inizi dei periodi.
- Dividete il risultato per il numero di divisioni occupate da un periodo del segnale.
- Scegliere un segno negativo o positivo.
Misurare lo spostamento di fase in un oscilloscopio analogico è scomodo perché i grafici visualizzati sono dello stesso colore e scala. Per questo tipo di osservazione, si usa un dispositivo digitale o strumenti a doppio canale per mettere diverse ampiezze su un canale separato.
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