L'oscilloscopio: tipologie, storia e struttura di questo strumento elettronico

Generalità sull'oscilloscopio

L'OSCILLOSCOPIO Marco Panareo TBS 2000 SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE 100 MHZ 1 G5% Tektronix NAVIGATION Tek Run Auto - M R 2 F 1 13:02:42 1.00GS/S 4,00m 0.00HZ 2000 points -9 0.000005 CHI 50.0V CH1 0.00V 14 Mar 2016 Sing FunctionGeneralità

• L'oscilloscopio è uno strumento di misura elettronico che consente di visualizzare, attraverso un grafico bidimensionale, l'andamento nel dominio del tempo dei segnali elettrici ed effettuare misure a lettura diretta di tensione e di periodo
• Gli oscilloscopi si dividono in due classi in relazione al loro principio di funzionamento:
• Oscilloscopi analogici, che sfruttano la deflessione elettrostatica di un fascio di elettroni all'interno di un tubo a vuoto (CRT) per rappresentare le forme d'onda
• Oscilloscopi digitali, in cui il segnale applicato in ingresso viene campionato da un ADC, memorizzato e successivamente mostrato su un display
• Sebbene possa essere anche adoperato per la misura di tensioni continue, generalmente l'oscilloscopio si utilizza per analizzare segnali periodici

- Tektronix Tel.tronix TES 2000 SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE - - - - - - - - 1 -

Evoluzione storica dell'oscilloscopio

Ondografo di Blondel

• Il primo dispositivo per visualizzare le forme d'onda variabile fu l'ondografo sviluppato nel 1893 dall'ingegnere e fisico francese André-Eugène Blondel; questo dispositivo stampava su carta l'andamento nel tempo di un segnale elettrico.
• Blondel lo realizzò per studiare le caratteristiche della corrente elettrica alternata.
• Questo strumento viene ancora oggi utilizzato negli igrometri e nei sismografi a carta.

2 TONDOGRAPHE HOSPITALIER NO

Sviluppo del tubo a raggi catodici e del trigger

• Nel 1897 il fisico tedesco Karl Ferdinand Braun inventò il primo oscilloscopio sfruttando il tubo a raggi catodici da lui inventato (da questa invenzione deriverà anche la televisione e i display).
• Nel 1932 l'azienda inglese A. C. Cossor utilizza l'oscilloscopio per creare il primo radar.
• Nel 1946 nasce la Tektronix che diventerà la più importante azienda costruttrice di oscilloscopi. Howard Vollum inventa il moderno sistema di trigger, che permette di "fermare" un segnale variabile sul display.
• Gli oscilloscopi analogici sono basati sul tubo catodico usato come display, e valvole termoioniche oggi rimpiazzate da transistor e circuiti integrati

TYPE 310A OSCILLOSCOPE WASHINGTON STATE SERIAL 012182 VERTICAL AMP No. B 73836 VOLTS/DIV. CALIBRATED - INPUT VERTICAL HORIZONTAL POSITION POSITION FOCUS INTENSITY SCALE HLUIM TIME/DEV TIME BASE -THOGER CALIBRATOR 90 200 AG TW INT. = 7 % - ANTO. CALIBRATED CA INPUT STABILITY TRIO. LEVEL MAN X UNCALIBRATED SECTIONILL MK PORTLAND, OREGON, U.S.A. TEKTRONIX ----- .

Oscilloscopio digitale e LeCroy

• Nel 1985 viene realizzato il primo Oscilloscopio Digitale nei laboratori del CERN da Walter LeCroy, che fonderà successivamente la ditta LeCroy
• Oggi questa marca di oscilloscopi è molto apprezzata per la loro capacità di visualizzare segnali elettrici molto veloci, nell'ordine dei picosecondi, o con frequenze del GHZ
• Il loro oscilloscopio di punta vanta una larghezza di banda di 65 GHz e una velocità di acquisizione dell'ADC di 320 GS/s (Giga Sample per secondo = 320'000'000'000 di campionamenti al secondo) con una risoluzione di 12 bit

LeCroy O O TELEDYNE LECROY High Definition Oscilloscope O WoveMapher 8450HD U C C L

Struttura dell'oscilloscopio TBS2102

• L'oscilloscopio utilizzato in laboratorio è il modello TBS2102 della Tektronix
• Il pannello è diviso in due parti:
• Il display, dove sono visualizzate le forme d'onda
• L'area dei controlli attraverso la quale è possibile cambiare le scale (orizzontale e verticale) dello strumento, il trigger, ecc.
• L'area dei controlli comprende anche i connettori di ingresso dell'oscilloscopio ed una presa USB

Tektronix TBS 2000 SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE 500 MG |1 01% Cursos E 10 - - VERTICAL THIGCER 1 2 CH2 1.0005/5 12:0242 -+ 0.00000% 2000 points G CH1 CH2 USB

Visualizzazione di forme d'onda

• L'oscilloscopio in dotazione è provvisto di due canali, ovvero può visualizzare simultaneamente due diverse forme d'onda
• Lo schermo è dotato di una griglia (o divisioni)
• La spaziatura verticale della griglia definisce i Volt / divisione
• La spaziatura orizzontale della griglia definisce i sec / divisione
• Nell'area in basso dello schermo sono indicati, per ciascun canale, il valore in Volt da attribuire all'ampiezza delle divisioni verticali e il valore in secondi da attribuire alle divisioni orizzontali
• Attraverso la conoscenza della spaziatura delle griglia è possibile effettuare una misura grossolana delle ampiezze e dei periodi delle forme d'onda.
• Una misura più accurata può essere fatta adoperando dei cursori o adoperando le funzioni di misura automatica

Tektronix TB5 2000 SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE V/div sec/div

I cursori

• I cursori sono linee verticali e orizzontali attivabili sullo schermo che possono essere posizionate su una forma d'onda per eseguire delle misure.
• Ai cursori corrispondono delle misure, visualizzate accanto alle linee, che indicano la loro posizione o dove attraversano una forma d'onda. Inoltre adoperando i cursori si può misurare la differenza assoluta (o delta) tra due posizioni.
• I cursori vengono attivati premendo l'apposito tasto e la loro posizione viene variata attraverso la manopola multifunzione

T1: - 8.00us V1: 0.00V AT: 1.02ms AV: 5.10V T2: 1.02ms V2: 5.10V Cursors Function Autoset Singh SAWCANON 0 Zoom Search Mconuna Mark Setup 10 1 Got Char - VERSEAL HORTONTEL M Muth Menu R Ret 1 2 Apquine F FFT Force Tag 1147-011b

Tipi di cursori

• Una volta attivati i cursori, utilizzando il menu situato sullo schermo è possibile modificare il tipo di cursore.
• Sono disponibili tre tipi di cursori
• Cursori di tempo o frequenza: misurano il tempo o la frequenza, il valore del segnale in corrispondenza del punto in cui il cursore attraversa la forma d'onda e la differenza assoluta tra i due punti trasversali dei cursori (sia il delta del tempo che dell'ampiezza). Le letture del tempo sono relative all'istante di trigger (che è 0 sec).
• Cursori di ampiezza: misurano i parametri di ampiezza verticale del segnale, in genere la tensione
• Cursori misti: una combinazione di entrambi i cursori verticali e orizzontali.
• Ciascun cursore è selezionabile premendo la manopola multifunzione

Misure automatiche

• Le misure automatiche sono un modo per eseguire rapidamente misure su una forma d'onda, quali frequenza del segnale, periodo, tempi di salita e discesa, ecc.
• È possibile eseguire fino a un totale di sei misure contemporaneamente, su qualsiasi combinazione dei canali di ingresso o sulle forme d'onda costruite matematicamente.
• Il risultato delle misure viene visualizzato nella schermata principale, nell'ordine in cui sono state selezionate.
• Le misure automatiche vengono stabilite attraverso il tasto Measure dell'area dei controlli dello strumento.

Function Autovet Single 0 Measure 1 - M Level R 1 Acquire F 1147-013b

Misure di frequenza

Frequency measurement descriptions

Frequency measurements

Misure di tempo

Time measurement descriptions

Time measurements

Rise time Fall time 100% 90% Voltage 50% Pulse width 10% 0% 1785-084