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 Kv 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
Vpp = 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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