concetti fondamentali sull'oscilloscopio
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Concetti fondamentali sull'oscilloscopio. Per studenti universitari di Ingegneria elettronica e Fisica. Agenda. Che cosa è un oscilloscopio? Concetti di base sulle sonde (modello a bassa frequenza) Effettuazione di misurazioni relative a tensione e andamento temporale - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Concetti fondamentali sull'oscilloscopioPer studenti universitari di Ingegneria elettronica e Fisica
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Page 2Agenda− Che cosa è un oscilloscopio?
− Concetti di base sulle sonde (modello a bassa frequenza)
− Effettuazione di misurazioni relative a tensione e andamento temporale
− Definizione della scala appropriata per le forme d'onda sullo schermo
− Informazioni sulla creazione di trigger per l'oscilloscopio
− Teoria del funzionamento dell'oscilloscopio e specifiche relative alle prestazioni
− Ulteriori informazioni sulle sonde (modello dinamico/CA ed effetti del caricamento)
− Utilizzo della Guida di laboratorio/esercitazioni su DSOXEDK
− Risorse tecniche aggiuntive
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Che cosa è un oscilloscopio?
― Gli oscilloscopi convertono segnali elettrici in ingresso in una traccia visibile su uno schermo, ovvero convertono l'elettricità in luce.
― Gli oscilloscopi creano in modo dinamico grafici di segnali elettrici variabili nel tempo a due dimensioni, in genere tensione/tempo.
― Gli oscilloscopi vengono utilizzati da ingegneri e tecnici per testare, verificare e risolvere problemi di progetti elettronici.
― Gli oscilloscopi costituiranno lo strumento principale che verrà utilizzato nelle esercitazioni di Ingegneria elettronica o Fisica per testare gli esperimenti assegnati.
o·scil·lo·scopio
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Terminologia− Oscilloscopio – Terminologia di uso più frequente
− DSO – (Digital Storage Oscilloscope
− Oscilloscopio digitale
− Oscilloscopio a digitalizzazione
− Oscilloscopio analogico – Oscilloscopio basato su tecnologia meno recente, ma ancora in uso.
− CRO – (Cathode Ray Oscilloscope) Oscilloscopio a raggi catodici. Benché la maggior parte degli oscilloscopi non utilizzi più tubi a raggi catodici per la visualizzazione di forme d'onda, tale definizione è ancora in uso in Australia e Nuova Zelanda.
− Oscilloscopio
− MSO – (Mixed Signal Oscilloscope) Oscilloscopio a segnali misti (include canali dell'analizzatore logico di acquisizione)
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Concetti di base sulle sonde
− Le sonde vengono utilizzate per trasferire il segnale dal dispositivo sottoposto a test agli ingressi BNC dell'oscilloscopio.
− Sono disponibili molti tipi diversi di sonde, utilizzate per scopi diversi e specifici (applicazioni ad alta frequenza, applicazioni ad alta tensione, corrente, e così via).
− Il tipo di sonda utilizzato più spesso è chiamato “Sonda passiva con attenuazione di tensione 10:1”.
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Sonda passiva con attenuazione di tensione 10:1
Passiva: non include alcun elemento attivo, ad esempio transistor o amplificatori.
10 a 1: riduce l'ampiezza del segnale trasmesso all'ingresso BNC dell'oscilloscopio di un fattore pari a 10. Incrementa inoltre di 10 volte l'impedenza di ingresso.
Nota: tutte le misurazione devono essere effettuate relativamente al punto di terra!
Modello di sonda passiva 10:1
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Modello a bassa frequenza/CC
Modello a bassa frequenza/CC: si semplifica in un resistore da 9 MΩ in serie con la terminazione in ingresso da 1 MΩ dell'oscilloscopio.
Fattori di attenuazione della sonda: Alcuni oscilloscopi, ad esempio quelli appartenenti alla Serie 3000 X di Keysight,
rilevano automaticamente le sonde 10:1 e regolano tutte le impostazioni verticali e le misurazioni di tensione relativamente al puntale della sonda.
Alcuni oscilloscopi, ad esempio quelli appartenenti alla serie 2000 X di Keysight, necessitano dell'immissione manuale di un fattore di attenuazione di una sonda 10:1.
Modello dinamico/CA: illustrato più avanti e durante l'Esercitazione n.5.
Modello di sonda passiva 10:1
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Informazioni sul display dell'oscilloscopio
― Area di visualizzazione della forma d'onda con griglia (o divisioni).― Spaziatura verticale della griglia relativamente all'impostazione Volt/divisione.― Spaziatura orizzontale della griglia relativamente all'impostazione sec/divisione.
Vo
lt
Tempo
Verticale = 1 V/div Orizzontale = 1 µs/div1 Div
1 D
iv
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Misurazioni in base a valutazione visiva
− Periodo (T) = 4 divisioni x 1 µs/div = 4 µs, Freq = 1/T = 250 kHz.
− V p-p = 6 divisioni x 1 V/div = 6 V p-p
− V max = +4 divisioni x 1 V/div = +4 V, V min = ?
V p
-p
Period
Verticale = 1 V/div Orizzontale = 1 µs/div
V m
axIndicazione del
livello di terra (0,0 V)
Misurazioni in base a valutazione visiva
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Misurazioni mediante i cursori
― Posizionare manualmente i cursori X e Y in corrispondenza dei punti di misurazione desiderati.
― L'oscilloscopio esegue automaticamente la moltiplicazione per i fattori di scala verticali e orizzontali, in modo da fornire misurazioni assolute e delta.
Cu
rso
re X
1
Cu
rso
re X
2
Cursore Y1
Cursore Y2
Lettura di Δ
Lettura di V e T assoluti
Controlli dei cursori
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Misurazioni tramite le misurazioni parametriche automatiche dell'oscilloscopio
– Selezionare fino a un massimo di 4 misurazioni parametriche automatiche con lettura aggiornata in modo continuativo.
Lettura
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Controlli di impostazione principali dell'oscilloscopioOscilloscopio Keysight InfiniiVision serie 2000 e 3000 X
Scala orizzontale (s/div)
Posizione orizzontale
Posizione verticale
Scala verticale (V/div)
Connettori BNC di ingresso
Livello di trigger
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Definizione della scala appropriata per la forma d'onda
− Regolare la manopola V/div fino a riempire verticalmente la maggior parte della schermata con la forma d'onda.
− Regolare la manopola verticale Posizion (Posizione) fino a centrare verticalmente la forma d'onda.
− Regolare la manopola s/div fino a visualizzare orizzontalmente solo alcuni cicli.− Regolare la manopola Trigger Level (Livello di trigger) fino a ottenere il livello impostato
vicino alla metà verticale della forma d'onda.
- Troppi cicli visualizzati.- Scala dell'ampiezza troppo bassa. Livello di
trigger
L'impostazione della scala della forma d'onda è un processo iterativo di regolazione del pannello di controllo fino a ottenere la visualizzazione sullo schermo della “immagine”
desiderata.
Condizione di impostazione iniziale (esempio) Condizione di impostazione ottimale
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Informazioni sui trigger dell'oscilloscopio
– I “trigger” dell'oscilloscopio sono analoghi allo “scatto sincronizzato di fotografie”.
– Una “fotografia” di una forma d'onda è costituita da molti campioni digitalizzati consecutivi.
– Lo “scatto delle fotografie” deve essere sincronizzato su un punto univoco sulla forma d'onda che si ripete.
– La maggior parte dei trigger dell'oscilloscopio è basata sulla sincronizzazione delle acquisizioni (scatto delle fotografie) su un fronte di salita o di discesa di un segnale a un livello specifico di tensione.
I trigger sono spesso la funzionalità di più difficile comprensione di un oscilloscopio, ma sono una delle funzionalità più importanti da
comprendere.
Una corsa di cavalli al fotofinish è analoga ai trigger dell'oscilloscopio
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Esempi di trigger
― Posizione di default del trigger (tempo zero) su Oscilloscopi a memoria digitale = centro dello schermo (orizzontalmente)
― Unica posizione di trigger su oscilloscopi analogici meno recenti = lato sinistro dello schermo
Punto di trigger
Punto di trigger
Senza trigger(scatto di fotografie non sincronizzato)
Trigger = Fronte di salita @ 0,0 V
Trigger = Fronte di discesa @ +2,0 V
Livello di trigger impostato sopra la forma d'onda
Tempo positivo
Tempo negativo
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Trigger avanzati dell'oscilloscopio
− La maggior parte dei vostri esperimenti di laboratorio universitari sarà basata sull'utilizzo di “edge” trigger standard
− L'uso dei trigger su segnali più complessi necessita di opzioni di trigger avanzate.
Esempio: trigger su un bus seriale I2C
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Teoria del funzionamento dell'oscilloscopio
Diagramma a blocchi dell'oscilloscopio a memoria digitale
Giallo = Blocchi specifici del canaleBlu = Blocchi di sistema (supporta tutti i canali)
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Specifiche relative alle prestazioni dell'oscilloscopio
– Tutti gli oscilloscopi presentano una risposta in frequenza a passa basso.
– La frequenza in cui un'onda sinusoidale in ingresso viene attenuata di 3 dB definisce la larghezza di banda dell'oscilloscopio.
– -3 dB equivale a un errore di ampiezza pari a ~ -30% (-3 dB = 20 Log ).
La “larghezza di banda” è la specifica più importante dell'oscilloscopio
Risposta in frequenza “gaussiana” dell'oscilloscopio
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Selezione della larghezza di banda corretta
– Larghezza di banda necessaria per applicazioni analogiche: ≥ 3X la frequenza di onda sinusoidale più alta.
– Larghezza di banda necessaria per applicazioni digitali: ≥ 5X la frequenza di clock digitale più alta.
– Determinazione più precisa della larghezza di banda basata sulle velocità del fronte del segnale (vedere la nota relativa all'applicazione “Larghezza di banda” riportata alla fine della presentazione)
Ingresso = Clock digitale 100-MHz
Risposta tramite un oscilloscopio con larghezza di banda di 100-MHz
Risposta tramite un oscilloscopio con larghezza di banda di 500-MHz
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Altre specifiche importanti dell'oscilloscopio
― Frequenza di campionamento (in campioni/sec) – Dovrebbe essere pari a ≥ 4X la larghezza di banda
― Profondità di memoria – Determina le forme d'onda più lunghe che possono essere acquisite quando è ancora in corso il campionamento alla frequenza massima di campionamento dell'oscilloscopio.
― Numero di canali – Sono in genere disponibili 2 o 4 canali. I modelli di oscilloscopio a segnali misti aggiungono tra gli 8 e i 32 canali di acquisizione digitale, con risoluzione a 1 bit (alta o bassa).
− Velocità di aggiornamento della forma d'onda – Maggiori velocità di aggiornamento incrementano la probabilità di acquisire problemi sporadici del circuito.
− Qualità del display – Dimensione, risoluzione, numero di livelli di gradazione di intensità.− Modalità di trigger avanzate – Larghezze di impulso con qualificatore temporale,
Pattern, Video, Serial (Seriale), Pulse Violation (Violazione dell'impulso, ovvero velocità del fronte, tempo di impostazione/ritenuta, anomalie), e così via.
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Ulteriori informazioni sulle sonde - Modello di sonda dinamico/CA
― Coscilloscopio e Ccavo sono capacitanze inerenti/parrassitiche (non previste intenzionalmente nella progettazione)
― Cpuntale e Ccompensazione sono state previste intenzionalmente nella progettazione, in modo da compensare per Coscilloscopio e Ccavo.
― Con una compensazione delle sonde regolata in modo appropriato, l'attenuazione dinamica/CA dovuta alle reattanze capacitative dipendenti dalla frequenza dovrebbero corrispondere all'attenuazione dell'attenuatore di tensione resistivo previsto nella progettazione (10:1).
Modello di sonda passiva 10:1
Dove Cparallela è la combinazione parallela di Ccompensazione + Ccavo + Coscilloscopio
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Compensazione delle sonde
− Collegare le sonde Channel-1 (Canale-1) e Channel-2 (Canale-2) al terminale “Probe Comp” (Comp. sonda), uguale a Demo 2.
− Regolare le manopole V/div e s/div, in modo da visualizzare entrambe le forme d'onda sullo schermo.
− Utilizzando un piccolo cacciavite piatto, regolare il condensatore a compensazione variabile della sonda (Ccomp) su entrambe le sonde per una risposta piatta (quadra).
Compensazione corretta Channel-1 (Canale-1) (giallo) = SovracompensatoChannel-2 (Canale-2) (verde) = Sottocompensato
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Caricamento delle sonde― Il modello di ingresso di sonde e oscilloscopio può essere semplificato
fino a un singolo resistore e condensatore.
― Qualsiasi strumento, non solo gli oscilloscopi, collegato a un circuito diventa parte del circuito sottoposto a test e influirà sui risultati misurati, in particolare a frequenze più elevate.
― Nel “caricamento” sono impliciti gli effetti negativi che la sonda/l'oscilloscopio potrebbe avere sulle prestazioni del circuito.
CCaricamento RCaricamento
Modello di caricamento di sonda + oscilloscopio
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Assegnazione
1. Supponendo che Coscilloscopio = 15pF, Ccavo = 100pF e Cpuntale = 15pF, calcolare Ccompensazione se regolato correttamente. Ccompensazione = ______
2. Utilizzando il valore calcolato di Ccompensazione, calcolare CCaricamento. CCaricamento = ______
3. Utilizzando il valore calcolato di CCaricamento, calcolare la reattanza capacitiva di CCaricamento a 500 MHz. XC-Caricamento = ______
C caricamento = ?
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Utilizzo della Guida di laboratorio/esercitazioni sull'oscilloscopio
Compito a casa – Leggere le sezioni seguenti prima della vostra 1° sessione di laboratorio sull'oscilloscopio:
Sezione 1 – Operazioni preliminariUtilizzo delle sonde dell’oscilloscopioInformazioni preliminari sul pannello frontaleAppendice A– Diagramma a blocchi dell'oscilloscopio e teoria del funzionamentoAppendice B – Esercitazione sulla larghezza di banda dell'oscilloscopio
Esercitazioni pratiche sull'oscilloscopioSezione 2 – Esercitazioni di base sulle misurazioni negli oscilloscopi e in WaveGen (Gen. onde) (6 esercitazioni individuali)Sezione 3 – Esercitazioni avanzate sulle misurazioni negli oscilloscopi (9 esercitazioni facoltative che il vostro professore potrà assegnarvi)
Oscilloscope Lab Guide and TutorialDownload @
www.keysight.com/find/EDK
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Suggerimenti su come seguire le istruzioni della Guida di laboratorio
Le parole in grassetto racchiuse tra parentesi, ad esempio [Help] Guida, fanno riferimento a un tasto del pannello frontale.
Il termine “softkey” indica i 6 tasti/pulsanti sotto il display dell'oscilloscopio. La funzione di questi tasti cambia in base al menu selezionato.
Un softkey con una freccia verde circolare ( ) come etichetta indicache la manopola generica “Entry” controlla tale selezioneo variabile.
Softkey
Etichette dei tasti softkey
Manopola Entry (Immissione)
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1. Collegare una sonda tra il connettore BNC di ingresso Channel-1 (Canale-1) dell'oscilloscopio e il terminale con etichetta “Demo1”.
2. Collegare un'altra sonda tra il connettore BNC di ingresso Channel-2 (Canale-2) dell'oscilloscopio e il terminale con etichetta “Demo2”.
3. Collegare le pinze di messa a terra di entrambe le sonde al terminale centrale di messa a terra.
4. Premere [Help] Guida, quindi premere i softkey Training Signals (Segnali addestr).
Accesso ai segnali di addestramento incorporatiLa maggior parte delle esercitazioni pratiche sugli oscilloscopi è basata
sull'utilizzo di diversi segnali di addestramento incorporati negli oscilloscopi Keysight serie 2000 o 3000 X, se si dispone della licenza
relativa al Kit di formazione dell'educatore DSOXEDK.
Collegamento ai terminali di test dei segnali di addestramento tramite sonde passive
10:1
![Page 28: Concetti fondamentali sull'oscilloscopio](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051018/56812fd9550346895d955170/html5/thumbnails/28.jpg)
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Risorse tecniche aggiuntive disponibili da Keysight Technologies
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Nota relativa all'applicazione Pubblicazione n.
Valutazione dei concetti fondamentali sull'oscilloscopio 5989-8064EN
Valutazione delle larghezze di banda dell'oscilloscopio per le applicazioni 5989-5733EN
Valutazione della relazione tra frequenze di campionamento dell'oscilloscopio e fedeltà del campionamento
5989-5732EN
Valutazione degli oscilloscopi in base alle migliori velocità di aggiornamento della forma d'onda
5989-7885EN
Valutazione degli oscilloscopi in base alla migliore qualità del display 5989-2003EN
Valutazione delle caratteristiche di rumore verticale dell'oscilloscopio 5989-3020EN
Valutazione degli oscilloscopi per il debug di progetti a segnale misto 5989-3702EN
Valutazione della memoria segmentata dell'oscilloscopio per applicazioni a bus seriale
5990-5817EN
Insert pub # in place of “xxxx-xxxx”
http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/xxxx-xxxxEN.pdf
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Domande e risposte
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