Un oscilloscopio è uno strumento essenziale per ingegneri elettrici e hobbisti. È un potente dispositivo diagnostico che può aiutarti a misurare, visualizzare e analizzare le forme d’onda, consentendoti di risolvere rapidamente i problemi e il debug dei tuoi progetti elettronici. In questo post del blog, scopriremo le basi su come utilizzare un oscilloscopio, comprese le parti di un oscilloscopio, il collegamento e la configurazione di un oscilloscopio, l’utilizzo dell’oscilloscopio per misurare tensione e intervalli di tempo, la risoluzione dei problemi con un oscilloscopio, il lavoro con diverse forme d’onda dell’oscilloscopio, la comprensione delle specifiche dell’oscilloscopio, i diversi tipi di oscilloscopi e suggerimenti e trucchi per l’utilizzo di un oscilloscopio.
Cos'è un oscilloscopio?
Un oscilloscopio è un dispositivo elettronico utilizzato per misurare e visualizzare i segnali di tensione nel tempo. È utilizzato in una varietà di applicazioni, come la risoluzione dei problemi di circuiti elettrici ed elettronici, l’analisi dei segnali provenienti da sistemi di comunicazione e lo studio delle forme d’onda generate dal suono. È costituito da un tubo a raggi catodici (CRT) che visualizza la forma d’onda e vari controlli che consentono all’utente
Parti di un Oscilloscopio
Le parti principali di un oscilloscopio sono il display, l’ingresso e il pannello di controllo. Il display è solitamente uno schermo CRT o LCD che visualizza la forma d’onda del segnale misurato. L’ingresso è il connettore utilizzato per ricevere il segnale misurato, come una spina BNC o a banana. Il pannello di controllo è la raccolta di manopole e pulsanti utilizzati per controllare l’oscilloscopio.
Il pannello di controllo include in genere manopole e pulsanti per regolare la base dei tempi, l’intervallo di tensione, il livello di trigger e altre impostazioni. Include anche una selezione di ingressi, come AC, DC e terra, che possono essere utilizzati per misurare diversi tipi di segnali.
Come usare un oscilloscopio?
L’oscilloscopio è da tempo uno degli strumenti più efficaci per testare i circuiti elettronici. Osservando le forme d’onda di tensione e corrente dei nodi chiave nel circuito, puoi verificare visivamente se il circuito funziona normalmente e verificare se il progetto è appropriato. Questo è estremamente utile per migliorare l’affidabilità. Naturalmente, la corretta analisi e valutazione della forma d’onda dipende dall’esperienza dello stesso ingegnere.
Collegamento e configurazione di un oscilloscopio
Il primo passo per utilizzare un oscilloscopio è collegarlo al segnale misurato. Questo viene in genere fatto con un cavo coassiale, che viene collegato all’ingresso dell’oscilloscopio e alla sorgente del segnale. Una volta che l’oscilloscopio è collegato al segnale, è il momento di configurarlo.
La configurazione di un oscilloscopio è relativamente semplice. Il primo passo è regolare la base dei tempi, che determina quanto tempo impiega la forma d’onda per spostarsi sullo schermo. Questo viene in genere fatto con una manopola sul pannello di controllo. Successivamente, è necessario regolare l’intervallo di tensione, che determina la tensione massima che può essere misurata. Infine, è necessario regolare il livello di trigger, che determina quando la forma d’onda inizierà a essere visualizzata sullo schermo.
Misurare tensione e intervalli di tempo
Una volta che l’oscilloscopio è configurato, può essere utilizzato per misurare tensione e intervalli di tempo. Per misurare la tensione, regola semplicemente la manopola dell’intervallo di tensione all’intervallo di tensione desiderato e quindi osserva la forma d’onda visualizzata sullo schermo. La forma d’onda dovrebbe essere un riflesso accurato del segnale misurato e la tensione può essere letta direttamente dalla forma d’onda.
Per misurare gli intervalli di tempo, regola la manopola della base dei tempi all’intervallo di tempo desiderato e quindi osserva la forma d’onda. L’intervallo di tempo può essere letto direttamente dalla forma d’onda e può essere utilizzato per misurare la frequenza del segnale misurato.
Risoluzione dei problemi con un oscilloscopio
Gli oscilloscopi sono utili anche per la risoluzione dei problemi e il debug dei circuiti. Collegando l’oscilloscopio al circuito, può essere utilizzato per osservare la forma d’onda e identificare eventuali problemi. Ad esempio, se la forma d’onda non viene visualizzata correttamente, potrebbe indicare un problema con il circuito. Allo stesso modo, se la forma d’onda non rientra nell’intervallo previsto, potrebbe indicare un problema con l’alimentazione o altri componenti.
Lavorare con diverse forme d'onda dell'oscilloscopio
Oltre a misurare la tensione e gli intervalli di tempo, gli oscilloscopi possono essere utilizzati per misurare una varietà di forme d’onda. Diversi tipi di forme d’onda includono sinusoidali, quadre, a dente di sega e triangolari. Collegando l’oscilloscopio a un circuito e osservando la forma d’onda, può essere utilizzato per identificare eventuali problemi con il circuito.
Diversi tipi di oscilloscopi
Esistono diversi tipi di oscilloscopi disponibili sul mercato, ognuno con le proprie caratteristiche e capacità uniche. I tipi più comuni di oscilloscopi sono analogici, digitali e oscilloscopi a segnali misti.
Gli oscilloscopi analogici sono il tipo più basilare di oscilloscopio e vengono tipicamente utilizzati per misurazioni di base. Gli oscilloscopi digitali sono più avanzati e possono misurare segnali più complessi. Gli oscilloscopi a segnali misti sono il tipo più avanzato di oscilloscopio e possono misurare sia segnali analogici che digitali.
Oscilloscopi analogici
Un oscilloscopio analogico è una completa apparecchiatura di test visualizzata tramite un oscilloscopio a tubo catodico. Può testare l’ampiezza, la frequenza, il periodo, la fase e altri parametri del segnale e può anche analizzare il segnale nel dominio del tempo. I tipi comunemente usati includono quelli per uso generale, a doppio traccia e a scansione doppia.
Vantaggi
- Larghezza di banda in tempo reale e visualizzazione in tempo reale
- Ampia gamma dinamica
- Forme d’onda multiple simultanee
- Elevata larghezza di banda e precisione
- Lunga memoria di archiviazione
- Convenienza
- Facile da usare e da capire
- Fornisce una visualizzazione accurata dei segnali
- Può essere utilizzato per misurare frequenza, tensione e altri parametri
- Capace di visualizzare più segnali
- Può acquisire centinaia di migliaia di forme d’onda al secondo
- Facile da usare e semplice da capire
- Può essere utilizzato per diagnosticare e risolvere i problemi dei circuiti elettrici
- Può essere utilizzato per testare vari componenti e dispositivi
- Supporta segnali con bassa ampiezza
- Supporta segnali con frequenze molto veloci e variabili
- Può misurare e osservare più segnali contemporaneamente
- Può essere utilizzato per il debug e la risoluzione dei problemi dei circuiti elettronici
Svantaggi
- Risoluzione inferiore rispetto agli oscilloscopi digitali
- Difficile acquisire dati accurati
- Maggiore probabilità di interferenze da fonti esterne
- Non intuitivo come gli oscilloscopi digitali
- Larghezza di banda limitata
- Elevati livelli di rumore dovuti ai segnali a bassa frequenza
- Bassa impedenza di ingresso
- Più tracce possono causare interferenze
- Configurazione e funzionamento complessi
- Capacità di memoria limitata e velocità di scansione lente
Oscilloscopio digitale
Un oscilloscopio digitale è una strumentazione di test completa che viene implementata innanzitutto tramite conversione analogico/digitale e quindi implementata con moderni metodi di elaborazione del segnale digitale. Oltre alle funzioni di un oscilloscopio analogico, di solito ha funzioni come l’elaborazione dei dati, l’archiviazione e la trasmissione e può anche eseguire analisi nel dominio del tempo o addirittura nel dominio della frequenza sul segnale misurato. Oscilloscopi a memoria digitale e campionatori comunemente usati.
Vantaggi
- Piccole dimensioni, peso leggero, facile da trasportare, display LCD
- Lungo tempo per archiviare e analizzare le forme d’onda
- Adatto per misurare segnali a singolo colpo e a bassa frequenza
- Nessun fenomeno di sfarfallio durante la misurazione di segnali a bassa frequenza
- Più metodi di trigger: pre-trigger, trigger logici, trigger di larghezza di impulso
- Potente capacità di elaborazione delle forme d’onda
Svantaggi
- Costoso da acquistare
- Complesso da usare per gli utenti principianti
- Tempo di configurazione più lungo rispetto agli oscilloscopi analogici
- Gamma dinamica e tempo di salita limitati degli oscilloscopi digitali
- Segnali rumorosi possono causare errori nelle letture
- Soggetto a interferenze elettromagnetiche
- Elevato consumo di energia
- Gamma di frequenza limitata
- Lunghezza di registrazione limitata
- Difficile diagnosticare segnali di basso livello
- Soggetto a interferenze di rumore
- Richiedono quantità significative di energia
Specifiche dell'oscilloscopio
Quando si acquista un oscilloscopio, è importante comprendere le specifiche del dispositivo. Oscilloscopi diversi hanno caratteristiche e capacità diverse e comprendere le specifiche può aiutarti a scegliere l’oscilloscopio giusto per le tue esigenze.
Le specifiche più importanti da considerare sono la larghezza di banda, la frequenza di campionamento, la risoluzione e l’impedenza di ingresso. La larghezza di banda è la frequenza massima che l’oscilloscopio può misurare e la frequenza di campionamento è la velocità con cui l’oscilloscopio può misurare il segnale. La risoluzione è l’accuratezza della forma d’onda visualizzata e l’impedenza di ingresso determina quanta tensione può misurare l’oscilloscopio.
Suggerimenti e trucchi per l'utilizzo di un oscilloscopio
Utilizzare un oscilloscopio può essere un compito complesso, ma ci sono alcuni suggerimenti e trucchi che possono aiutare a semplificarlo. Uno dei suggerimenti più importanti è assicurarsi che l’impedenza di ingresso sia impostata correttamente per il segnale misurato. Ciò garantirà che l’oscilloscopio possa misurare accuratamente il segnale senza essere influenzato da rumore esterno o interferenze elettriche.
Un altro suggerimento è assicurarsi che la base dei tempi sia impostata correttamente. Ciò garantirà che la forma d’onda sia visualizzata correttamente sullo schermo. Infine, è importante regolare correttamente il livello di trigger. Ciò garantirà che la forma d’onda venga visualizzata al momento giusto e con la giusta ampiezza.
FAQ
La frequenza di campionamento in tempo reale è il reciproco dell’intervallo di campionamento di un’acquisizione (un trigger) dell’oscilloscopio. Si intende che il livello più alto del settore è l’uso simultaneo di quattro canali.
Il rapporto tra potenza attiva e potenza apparente è chiamato fattore di potenza, che è rappresentato da COSΦ. In realtà, il metodo di misurazione più semplice è misurare la differenza di fase tra tensione e corrente e il risultato è il fattore di potenza.
La maggior parte degli oscilloscopi digitali moderni dispone di funzioni FFT e i sistemi sopra menzionati possono persino pre-testare le armoniche di corrente secondo lo standard EN61000-3-2.
Holdoff (trigger holdoff) significa chiudere temporaneamente il circuito di trigger dell’oscilloscopio per un periodo di tempo (ovvero il tempo di holdoff). Durante questo periodo, l’oscilloscopio non eseguirà il trigger anche se c’è un punto di forma d’onda del segnale che soddisfa la condizione di trigger. Nell’oscilloscopio digitale, è anche espresso in percentuale, il che significa la percentuale dell’intera lunghezza del record o dell’intero schermo.
Il modo migliore è utilizzare una sonda differenziale, il segnale misurato in questo momento è il più reale e oggettivo; se non c’è una sonda differenziale, è possibile utilizzare due sonde differenziali per connettersi ai due canali dell’oscilloscopio (come Ch1, Ch2), quindi utilizzare la matematica Calcola, ottieni la forma d’onda di ch1-ch2 e analizzala. A questo punto, cerca di mantenere le due sonde esattamente uguali. La scala verticale (quanti volt per divisione) dei due canali dell’oscilloscopio è impostata allo stesso modo, altrimenti l’errore sarà grande.
La larghezza di banda è l’indice di base dell’oscilloscopio. È la stessa della definizione della larghezza di banda dell’amplificatore. È il cosiddetto punto -3dB, ovvero il punto di frequenza quando l’onda sinusoidale viene aggiunta all’ingresso dell’oscilloscopio e l’ampiezza si attenua al 70,7% dell’ampiezza effettiva viene chiamato larghezza di banda. Cioè, utilizzando un oscilloscopio con larghezza di banda di 100 MHz per misurare un’onda sinusoidale da 1 V, 100 MHz, l’ampiezza ottenuta è solo 0,707 V. Questo è il caso solo per le onde sinusoidali. Pertanto, quando scegliamo un oscilloscopio, al fine di ottenere una certa precisione di misurazione, dovremmo scegliere una larghezza di banda che sia 5 volte la frequenza più alta del segnale.
Se il segnale esiste, ma a volte l’oscilloscopio può catturarlo, a volte no, potrebbe avere qualcosa a che fare con le impostazioni dell’oscilloscopio. Di solito, se è possibile impostare la modalità di trigger dell’oscilloscopio su Normale, impostare la condizione di trigger su trigger a bordo, regolare il livello di trigger su un valore appropriato e quindi impostare la modalità di sweep su modalità singola, se questo metodo non funziona, di solito lo strumento potrebbe avere un problema di guasto.
Conclusione
Usare un oscilloscopio può sembrare intimidatorio all’inizio, ma con un po’ di pratica, può diventare una seconda natura. Comprendendo le basi di come utilizzare un oscilloscopio, inclusi le parti di un oscilloscopio, la connessione e la configurazione di un oscilloscopio, l’utilizzo dell’oscilloscopio per misurare tensione e intervalli di tempo, la risoluzione dei problemi con un oscilloscopio, il lavoro con diverse forme d’onda dell’oscilloscopio, la comprensione delle specifiche dell’oscilloscopio, i diversi tipi di oscilloscopi e suggerimenti e trucchi per l’utilizzo di un oscilloscopio, è possibile apprendere rapidamente le basi e iniziare a effettuare misurazioni utili.
