Un oscilloscopio è un dispositivo che dimostra l'intensità della corrente, la tensione, la frequenza e lo sfasamento di un circuito elettrico. Il dispositivo visualizza il rapporto tra tempo e intensità del segnale elettrico. Tutti i valori sono mostrati utilizzando un semplice grafico bidimensionale.
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A cosa serve un oscilloscopio?
Un oscilloscopio viene utilizzato dall'elettronica e dai radioamatori per misurare:
- l'ampiezza del segnale elettrico - il rapporto tra tensione e tempo;
- analizzare lo sfasamento;
- vedere la distorsione del segnale elettrico;
- in base ai risultati, calcolare la frequenza della corrente.
Nonostante il fatto che l'oscilloscopio dimostri le caratteristiche del segnale analizzato, viene più spesso utilizzato per identificare i processi che si verificano in un circuito elettrico.Grazie all'oscillogramma, gli specialisti ricevono le seguenti informazioni:
- forma di un segnale periodico;
- valore di polarità positiva e negativa;
- gamma di variazione del segnale nel tempo;
- la durata del semiciclo positivo e negativo.
La maggior parte di queste informazioni può essere ottenuta con un voltmetro. Tuttavia, dovrai eseguire misurazioni con una frequenza di diversi secondi. Allo stesso tempo, la percentuale di errori di calcolo è elevata. Lavorare con un oscilloscopio consente di risparmiare molto tempo nell'ottenere i dati necessari.
Il principio di funzionamento dell'oscilloscopio
Un oscilloscopio effettua misurazioni utilizzando un tubo a raggi catodici. Questa è una lampada che concentra la corrente analizzata in un raggio. Colpisce lo schermo del dispositivo, deviando in due direzioni perpendicolari:
- verticale - mostra la tensione in studio;
- orizzontale - mostra il tempo trascorso.
Due coppie di piastre a tubi catodici sono responsabili della deviazione del raggio. Quelli che si trovano in verticale sono sempre alimentati. Questo aiuta a distribuire i valori di polarità. L'attrazione positiva devia a destra, l'attrazione negativa devia a sinistra. Pertanto, la linea sullo schermo dello strumento si sposta da sinistra a destra a velocità costante.
Una corrente elettrica agisce anche sulle piastre orizzontali, che devia l'indicatore di tensione del fascio. La carica positiva è alta, la carica negativa è diminuita. Quindi sul display del dispositivo appare un grafico lineare bidimensionale, che viene chiamato oscillogramma.
La distanza che il raggio percorre dal bordo sinistro a quello destro dello schermo è chiamata sweep. La linea orizzontale è responsabile del tempo di misurazione.Oltre al grafico a linee 2D standard, sono disponibili anche sweep circolari e a spirale. Tuttavia, utilizzarli non è conveniente come i classici oscillogrammi.
Classificazione e tipologie
Esistono due tipi principali di oscilloscopi:
- analogico - dispositivi per misurare i segnali medi;
- digitale - i dispositivi convertono il valore di misurazione ricevuto in un formato "digitale" per l'ulteriore trasmissione di informazioni.
Secondo il principio di azione, esiste la seguente classificazione:
- Modelli universali.
- Equipaggiamento speciale.
più popolare sono dispositivi universali. Questi oscilloscopi vengono utilizzati per analizzare vari tipi di segnali:
- armonico;
- impulsi singoli;
- pacchetti di impulsi.
I dispositivi universali sono progettati per una varietà di dispositivi elettrici. Consentono di misurare segnali nell'intervallo di pochi nanosecondi. L'errore di misurazione è del 6-8%.
Gli oscilloscopi universali si dividono in due tipi principali:
- monoblocco: avere una specializzazione di misurazione comune;
- con blocchi intercambiabili - si adattano a una situazione specifica e al tipo di dispositivo.
Dispositivi speciali sono sviluppati per un determinato tipo di apparecchiatura elettrica. Quindi ci sono oscilloscopi per segnali radio, trasmissioni televisive o tecnologia digitale.
I dispositivi universali e speciali si dividono in:
- ad alta velocità: utilizzato in dispositivi ad alta velocità;
- memoria - dispositivi che memorizzano e riproducono indicatori precedentemente realizzati.
Quando si sceglie un dispositivo, è necessario studiare attentamente le classificazioni e i tipi per acquistare un dispositivo per una situazione specifica.
Dispositivo e principali parametri tecnici
Ciascun dispositivo presenta alcune delle seguenti caratteristiche tecniche:
- Il coefficiente di possibile errore durante la misurazione della tensione (per la maggior parte dei dispositivi, questo valore non supera il 3%).
- Il valore della linea di base del dispositivo: maggiore è questa caratteristica, maggiore è il periodo di osservazione.
- Caratteristica di sincronizzazione, contenente: gamma di frequenza, livelli massimi e instabilità del sistema.
- Parametri della deviazione verticale del segnale con la capacità di ingresso dell'apparecchiatura.
- Valori di risposta al gradino che mostrano tempo di salita e superamento.
Oltre ai valori di base sopra elencati, gli oscilloscopi hanno parametri aggiuntivi, sotto forma di una caratteristica ampiezza-frequenza, che dimostra la dipendenza dell'ampiezza dalla frequenza del segnale.
Gli oscilloscopi digitali hanno anche molta memoria interna. Questo parametro è responsabile della quantità di informazioni che il dispositivo può registrare.
Come vengono effettuate le misurazioni
Lo schermo dell'oscilloscopio è diviso in piccole celle chiamate divisioni. A seconda del dispositivo, ogni quadrato sarà uguale a un certo valore. La designazione più popolare: una divisione - 5 unità. Inoltre, su alcuni dispositivi è presente una manopola per il controllo della scala del grafico, in modo che sia più comodo e preciso per gli utenti effettuare misurazioni.
Prima di iniziare qualsiasi tipo di misurazione, è necessario collegare l'oscilloscopio al circuito elettrico. La sonda è collegata a uno qualsiasi dei canali liberi (se il dispositivo ha più di 1 canale) o al generatore di impulsi, se disponibile nel dispositivo. Dopo il collegamento, sul display dell'unità appariranno varie immagini del segnale.
Se il segnale ricevuto dal dispositivo è intermittente, il problema risiede nel collegamento della sonda. Alcuni di essi sono dotati di viti miniaturizzate che devono essere serrate. Anche negli oscilloscopi digitali, la finzione di posizionamento automatico risolve il problema di un segnale intermittente.
Misurazione attuale
Quando si misura la corrente con un oscilloscopio digitale, è necessario scoprire quale tipo di corrente deve essere osservato. Gli oscilloscopi hanno due modalità di funzionamento:
- Corrente continua ("DC") per corrente continua;
- Corrente alternata ("AC") per variabile.
La corrente continua viene misurata con la modalità "Corrente diretta" abilitata. Le sonde del dispositivo devono essere collegate alla rete elettrica in diretto accordo con i poli. Il coccodrillo nero si unisce al meno, il coccodrillo rosso si unisce al più.
Sullo schermo del dispositivo apparirà una linea retta. Il valore dell'asse verticale corrisponderà al parametro di tensione costante. L'intensità della corrente può essere calcolata secondo la legge di Ohm (tensione divisa per resistenza).
La corrente alternata è una sinusoide, poiché anche la tensione è variabile. Pertanto, il suo valore può essere misurato solo in un certo periodo di tempo. Il parametro viene calcolato anche utilizzando la legge di Ohm.
Misurazione della tensione
Per misurare la tensione di un segnale, è necessario l'asse delle coordinate verticali di un grafico bidimensionale lineare. Per questo motivo, tutta l'attenzione sarà prestata all'altezza della forma d'onda. Pertanto, prima di iniziare l'osservazione, è necessario regolare lo schermo in modo più conveniente per la misurazione.
Quindi trasferiamo il dispositivo in modalità DC. Attacchiamo le sonde al circuito e osserviamo il risultato. Sul display del dispositivo apparirà una linea retta, il cui valore corrisponderà 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, poiché questi due concetti sono correlati. Un periodo è il periodo di tempo più piccolo dopo il quale l'ampiezza inizia a ripetersi.
È più facile vedere il periodo sull'oscilloscopio utilizzando l'asse del tempo orizzontale. È solo necessario notare dopo quale periodo di tempo il grafico a linee inizia a ripetere il suo schema. È meglio considerare l'inizio del periodo come i punti di contatto con l'asse orizzontale e la fine della ripetizione della stessa coordinata.
Per misurare in modo più conveniente il periodo del segnale, la velocità di scansione viene ridotta. In questo caso, l'errore di misurazione non è così alto.
La frequenza è un valore inversamente proporzionale al periodo analizzato. Cioè, per misurare il valore, devi dividere un secondo di tempo per il numero di periodi che si verificano durante questo periodo. La frequenza risultante è misurata in Hertz, lo standard per la Russia è 50 Hz.
Misurazione dello sfasamento
Viene considerato lo sfasamento: la posizione relativa di due processi oscillatori nel tempo. Il parametro viene misurato in frazioni del periodo del segnale, in modo che, indipendentemente dalla natura del periodo e della frequenza, gli stessi sfasamenti abbiano un valore comune.
La prima cosa da fare prima della misurazione è scoprire quale dei segnali è in ritardo rispetto all'altro e quindi determinare il valore del segno del parametro. Se la corrente è in anticipo, il parametro di spostamento dell'angolo è negativo. Nel caso in cui la tensione sia in anticipo, il segno del valore è positivo.
Per calcolare il grado di sfasamento, dovresti:
- Moltiplica 360 gradi per il numero di celle della griglia tra l'inizio dei periodi.
- Dividere il risultato per il numero di divisioni occupate da un periodo di segnale.
- Scegli un segno negativo o positivo.
È scomodo misurare lo sfasamento in un oscilloscopio analogico, perché i grafici visualizzati sugli schermi hanno lo stesso colore e scala. Per osservazioni di questo tipo, vengono utilizzati un dispositivo digitale o dispositivi a due canali per posizionare ampiezze diverse su un canale separato.
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