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Continuazione dell'esecuzione delle prove A e B

Fase 3: uso della sonda – rumore e interferenza.

Prova A :

Consideriamo l’oscilloscopio analogico utilizzato nella misura: stacchiamo il connettore BNC e posizioniamo la traccia orizzontale al centro dello schermo.

Variamo il guadagno verticale K_v fino alla massima sensibilità ( in questo caso particolare è di 5 mV/div ) e osserviamo sullo schermo che la traccia si sposta verso l’alto di 0,3 divisioni e il suo spessore  aumenta leggermente.

L’introduzione di una componente continua pari a 0,15 mV nel rumore misurato non è dovuta all’interferenza elettromagnetica captata dall’oscilloscopio ma dipende dal fatto che, quando si ruota la manopola del guadagno verticale, bisogna centrare nuovamente la traccia orizzontale sullo schermo perché lo strumento ha introdotto un errore di offset  che ora non può essere trascurato.

Il rumore che misura lo strumento è invece rappresentato dal piccolo allargamento della traccia sullo schermo che può essere ritenuto veramente trascurabile.

Adesso colleghiamo all’ingresso dell’oscilloscopio la sonda sulla posizione 1X, allora sullo schermo osserviamo, dopo aver regolato opportunamente il guadagno verticale e la base dei tempi, un segnale periodico avente le seguenti caratteristiche :

E’ importante subito osservare che la forma del segnale visualizzato sullo schermo era totalmente differente da quella ipotizzata, infatti dovevamo ottenere un segnale sinusoidale abbastanza distorto alla frequenza di 50 Hz dovuto appunto al campo elettromagnetico generato dalla rete che alimenta gli strumenti.

In realtà, anche se il segnale era fortemente distorto, l’oscilloscopio era in grado di mantenere una immagine stabile sullo schermo perché il segnale era comunque periodico con frequenza proprio uguale a quella di rete.

La causa di tutto questo è sicuramente imputabile ad altri campi elettromagnetici esterni di origine sconosciuta presenti in prossimità della sonda, infatti modificando la base dei tempi e impostando il guadagno orizzontale a 50 ms , visualizziamo un segnale simile ad un’onda rettangolare distorta e avente le seguenti caratteristiche:

Leggendo i valori della tensione picco – picco nelle tabelle possiamo osservare che, toccando la massa dell’oscilloscopio, il rumore misurato è di ampiezza inferiore anche se la forma e il periodo è la stessa.

Questo perché gli ingressi dell’oscilloscopio utilizzati durante la prova hanno il comune isolato invece di essere collegato a massa (sono di tipo floating single-ended), per cui se tocchiamo la massa della sonda non facciamo altro che collegarlo a terra, scaricando così gran parte del rumore captato.

Successivamente cortocircuitiamo l’uncino terminale della sonda con il coccodrillo della massa in modo da formare una spira circolare e impostiamo il guadagno verticale sulla massima sensibilità: sullo schermo non vediamo alcun segnale perché il campo elettromagnetico che si concatena con la spira è talmente basso da non poter vedere alcun effetto sull’oscilloscopio.

Se però avviciniamo questa spira al centro dello schermo di un monitor per calcolatore e la teniamo perpendicolare ad esso e in posizione orizzontale, allora l’oscilloscopio  visualizza qualcosa.

Regolando opportunamente la base dei tempi e il guadagno verticale, visualizziamo chiaramente un segnale periodico con le seguenti caratteristiche :

                              T = 32 ms                                                      V_pp = 6 mV

e non c’è alcuna differenza se tocchiamo la massa della sonda.

Se ruotiamo lentamente la sonda, il segnale sullo schermo varia di ampiezza: ruotandola di 180° rispetto alla posizione precedente, il segnale resta della stessa forma però cambiata di segno, mentre non osserviamo niente sullo schermo se la spira è posta in posizione verticale.

Tutti questi fenomeni sono spiegabili se analizziamo le caratteristiche del monitor per calcolatore: esso è una tipica sorgente di interferenza elettromagnetica perché l’immagine viene visualizzata sullo schermo attraverso la scansione a copertura completa (raster scan).

In altre parole il CRT dell’oscilloscopio compone l’immagine sullo schermo scandendo tutte le sue righe come avviene negli schermi dei televisori con una frequenza che può essere ricavata dalla misura del periodo dell’interferenza elettromagnetica :

Se invece avviciniamo la spira al monitor dell’oscilloscopio, allora non rileviamo niente: la scansione in questo caso non avviene per righe ma l’immagine è dovuta alla presenza di un pennello elettronico che attraverso una coppia di placchette deflettrici verticali ed orizzontali disegna sullo schermo l’andamento del segnale per un certo periodo di tempo (vector scan).

In questa maniera solo i fosfori colpiti dal fascio di elettroni emettono delle radiazioni elettromagnetiche e sono certamente di gran lunga inferiori a quelli colpiti nell’altro tipo di scansione in cui è interessato l’intero schermo.

Prova B :

Ripercorrendo le stesse fasi della prova A, anche adesso se scolleghiamo il connettore BNC dall’ingresso dell’oscilloscopio digitale e variamo il guadagno fino alla massima sensibilità allora verrà visualizzato sullo schermo un piccolo rumore : esso assumerà solo valori discreti compresi tra 1,093 mV e 2,031 mV proprio perché è dello stesso ordine di grandezza dell’errore introdotto dallo strumento.

Se invece colleghiamo la sonda nella posizione 1X, riusciamo a visualizzare un segnale periodico simile a quello che ci aspettavamo e avente le seguenti caratteristiche:

OSS.: sono riportati esattamente il numero di cifre fornite dallo strumento.

Questo segnale non cambia se tocchiamo la massa dell’oscilloscopio perché in questo caso i suoi ingressi sono di tipo grounded single – ended e quindi hanno il filo di ritorno del segnale in comune e messo già a terra.

OSS.: non si sono riscontrati gli stessi problemi della prova A durante la misura del rumore perché  il banco dove è stata eseguita la prova B era diverso e non c’erano adesso interferenze elettromagnetiche oltre a quella di rete.

A questo punto cortocircuitiamo sempre l’uncino terminale della sonda con la massa in modo da formare una spira e non osserviamo nulla sullo schermo dell’oscilloscopio, dopo aver impostato il guadagno verticale alla massima sensibilità.

Se accostiamo però la spira al centro del monitor dell’oscilloscopio digitale come nella prova A, allora visualizziamo un segnale periodico con le seguenti caratteristiche:

dopo aver opportunamente regolato la base dei tempi e il guadagno verticale ed inoltre sono riportati esattamente il numero di cifre fornite dallo strumento.

Possiamo quindi affermare che lo schermo dell’oscilloscopio digitale è di tipo raster scan, come per il monitor del computer, anche se la frequenza di scansione delle righe è differente:

Vantaggi nell’uso dell’oscilloscopio analogico o digitale:

Se consideriamo l’oscilloscopio digitale, sicuramente è più semplice da utilizzare: permette di elaborare il segnale di ingresso per mezzo di numerose funzioni che dispone, impensabili da ottenere con un oscilloscopio analogico e visualizza sullo schermo con molta facilità una immagine stabile di un segnale periodico generico perché ci sono particolari funzioni in grado di scegliere automaticamente la portata più opportuna su entrambi gli assi ( come per esempio avviene nell’HP54501A con il tasto AUTOSCALE ).

   
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Vito Marinelli
10-6-2000

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