Riassunto Misure Elettriche

ADC

 Flash: confronto tra tensione IN e RIF, sfruttando in modo furbo le

resistenze (soprattutto iniziali e finali) e usando degli amplificatori per

confrontare le tensioni, e codificare gli ingressi in funzione dei livelli che

si attivano. Richiede un numero spaventoso di livelli, ed è costoso e

inefficiente;

 Approssimazioni successive: tecnica furba che sfrutta un blocco in

retroazione, capace di prendere l’uscita e confrontarla con la RIF

(invece che gli ingressi con nel Flash), e variando a tempo di

clock fin quando la differenza in ingresso non è (quasi) nulla, e

ad ogni conversione il bit (in rosso) che non varia viene fissato,

fin quando non si arriva al meno significativo. La tensione in

ingrasso dev’essere stabile però. Il rumore quindi può influire su

questo metodo. 1∗2 +0∗2 +0∗2

∀ → = 8( ) = 4 → − > 0?

2

 Tensione a tempo (Doppia rampa): inizialmente si valuta un intervallo

temporale T trasformandolo in un numero finito di impulsi N tale che:

. Così conosco quanto “tempo” di segnale ho fotografato.

=∗

Il contatore viene fatto partire e fermare dal segnale stesso. Un

condensatore, scaricandosi all’inizio, azzera il contatore. Poi viene fatto

partire il circuito, il quale caricherà il condensatore per un tempo

predefinito : . Poi viene spostato il

= − = −

∫

deviatore e si inizia a contare il tempo che ci mette a caricarsi e ad

arrivare a sul condensatore in segno opposto (sfruttando il

circuito temporale). E confrontando le velocità: . Può

=

esserci incertezza solo su , e valido solo se i componenti

interni sono costanti.

Rumore e rapporto di reiezione normale

L’integrale visto sopra, agisce come “media”. Se ci appiccico sopra il rumore, posso

considerarlo una somma lineare di due effetti. Studiando quindi solo il rumore (HP:

sinusoide random), e confrontando poi le ampiezze dell’integrale -rumore e rumore:

)

sin(

= → = 20 log |( )|

Interessante quindi analizzare in frequenza il comportamento di questo rapporto

(sarebbe il guadagno): si nota che il segnale si annulla ad ogni del rumore. Se quindi integro con

∗ =

la tensione a tempo, per un periodo pari o proporzionale a quello del rumore, quest’ultimo viene quasi

totalmente annullato, non incidendo praticamente per niente! (integrando su multipli di 20ms, annulli

quindi i disturbi di rete a 50Hz). Con ovviamente maggiore attenuazione su multipli più grandi.

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Oscilloscopio

A cosa serve?

Questo è uno strumento utile per vedere l’andamento temporale di due o più tensioni. Molto potente

perché praticamente qualsiasi grandezza può essere trasformata in segnali elettrici tramite trasduttori.

Siccome possiamo avere più segnali all’interno, necessitiamo di un sistema di riferimento per il confronto. Il

metodo classico è attraverso un piano cartesiano, con asse X=temporale. Esiste anche la variante in cui si

assegna l’ampiezza di due segnali su due assi (a tempo implicito).

Dove si usa?

Principalmente per verificare delle condizioni anormali, oppure per verificare delle forme d’onda. Per fare

ciò il segnale dev’essere sincronizzato con l’evento da studiare e deve avere un refresh dello schermo molto

veloce. Può servire per controllare grandezze di picco per eventuali compatibilità con altri dispositivi. In

generale però non è tra i più accurati, quindi è un’analisi a caldo.

Modelli: analogico, a. programmabile, mosto a. digitale,

digitale.

Sincronizzazione

Siccome posso vedere il segnale su un intervallo finito, c’è

da determinare qual è la portata di questo segmento,

utilizzando come riferimento la natura dell’evento da studiare (scala orizzontale). Se poi è periodico il

segnale, devo vedere sempre la stessa immagine ferma.

Il tutto avviene nel blocco di sincronismo: gli si assegna il

compito di tracciare e “sparare” una foto appena rileva il

valore di tensione e la sua pendenza di riferimento. La

commutazione avviene (attraverso il blocco comparatore)

post differenza (differenziale) solo quando è nulla, traducendola in un impulso con il derivatore. Il

limitatore fa la selezione tra impulso positivo o negativo (riferimento di pendenza). Come trigger posso

usare: un segnale esterno (attenuato), dell’alimentazione oppure lo stesso che sto osservando.

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Ciclo di funzionamento

Acquisizione [ (quando becca l’impulso), Ripristino [ (tempo

] ]

d’attesa prima della prossima acquisizione, Attesa [ (nuova

]

condizione di sincronismo). dove non si può

[ + ] =

analizzare niente.

Velocità

Hp: T frequenza del segnale di trigger, M intero random

 Frequenza di aggiornamento: =

 Porzione visualizzata:

Ovviamente il primo dev’essere grande per avere più probabilità di

beccare eventi interessanti. Il secondo invece ti garantisce la

finestra di visualizzazione, oltre alla quale nun vedi n’cazz. Siccome

però quello che fai è allungare il tempo in cui acquisisci, hai più probabilità di far cascare gli eventi

interessanti in zona cieca: meglio una frequenza più alta quindi.

Hold-off

Se non lo regolo bene, quindi introducendo un po' di attesa, può succedere che mi registra cose random,

facendo muovere l’immagine come se si spostasse. Questo significa che per questo

+ ≠ ,

aggiungo l’attesta per rendere l’Hold-off più vicino possibile al multiplo di T del segnale di sincronismo.

Modalità automatica

Dentro all’oscilloscopio c’è un cazzetto che oscilla a basse Hz, producendo un segnale ripetuto. Se utilizzato

in modalità automatica, il circuito userà questo come trigger inizialmente per scattare delle foto random,

così puoi vedere comunque qualcosa (anche senza sapere niente sul segnale vero). Una volta visto quali

sono i valori di tensione e pendenza, si può impostare manualmente il trigger. Può succedere per segnali a

bassa frequenza, che l’evento di trigger sia in concomitanza con quello dell’oscillatore, a questo punto

l’oscilloscopio si riposiziona in modalità automatica, perdendo tutti gli eventi di trigger desiderati, quindi va

disattivato. Esiste anche il single-shot per segnali periodici, così da eliminare eventuali oscillazioni.

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Canale d’ingresso

L’entrata è tutta composta da: amplificatori/attenuatori (per adattare il segnale alla

lettura), magari ponendo una capacità che blocca la componente continua, oppure

impedenze da 50Ω per bloccare effetti di riflessione. Qualsiasi segnale posto in

ingresso, verrà sempre confrontato con il collegamento a terra dell’oscilloscopio (il

cavo di massa in entrata verrà attaccato a terra). Se per caso il cavo di massa presenta

una tensione (come il caso del neutro della rete), avverrà un cortocircuito

direttamente a terra, come unico vincolo l’impedenza di terra e dei cavi (che

sappiamo essere molto bassa).

Accoppiamento

Siccome si tratta di un voltmetro, abbiamo una mega (letteralmente) resistenza

all’intero su cui avverranno le varie misurazioni (ricordiamo che voltmetro deve

avvicinarsi ad un circuito aperto).

 GND: modalità in cui rimane solo la massa dell’oggetto misurato collegata, utile per settare bene lo

zero, magari prima di fare misure con off-set;

 DC: “Apri tutto” cit. Duccio. Vedi tutto, off-set compreso di eventuali componenti continue;

 AC: si frappone tra misuratore e ingresso, un condensatore che blocca la

componente continua, mostrando solo la parte oscillante. Un filtro passa alto

insomma.

()

= () = ≅

() ( ) ( )

1 + + 1 +

Hp: []

≫ []

La resistenza d’ingresso è decisa solo dalla quindi imponendo una

= 1,

frequenza di taglio dell’ordine di 10Hz (che sappiamo si prolunga un po'):

imponendo un’attenuazione di -3dB per segnali fino a 100Hz (cioè i

= 0,7

nostri). Nel caso dell’onda quadra, dove abbiamo frequenze abbastanza potenti

all’interno, il problema principale è lo sfasamento introdotto dal filtro per le

armoniche di basso ordine, le quali (essendo di ampiezza maggiore, formano questo effetto strano), per

aggiustarlo dovremmo traslare tutte le armoniche con la stessa fase di 45° in ritardo (e non solo).

Banda passante (Intesa: come si comporta lo strumento con i segnali in ingresso in generale)

Costruttore garantisce: banda passante fino a -3dB (dove una sinusoide pura si sfasa di 45° in ritardo e

attenuata di del 30%). Noi ci riferiamo al segnale a valle di tutto, ai capi di . Quindi la regolazione delle

manopole agisce sul segnale già attenuato, come risultato quindi troviamo un segnale che può essere molto

diverso dall’originale, soprattutto se a basse frequenze. Se siamo in DC passa tutto senza attenuazioni ne

sfasamenti. Tra DC e frequenza di taglio: a basse frequenze possono esservi oscillazioni della risposta in

frequenza: Alle alte frequenze prima di quella di taglio può esservi una sovra elongazione.

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Risposta al gradino

La risposta al gradino di un oscilloscopio dovrebbe essere

possibilmente priva di sovra elongazioni, sennò vedremmo il

segnale rimbalzare sullo schermo, e dovremmo aspettare che si

assesti ad un certo valore (cosa difficile se deve fare una foto).

, [0,45 se ho sovra elongazioni] Il time rise è strettamente legato al

(:

≅ ),

comportamento in alta frequenza, mentre l’assestamento dipende dal comportamento alle basse

frequenze.

Misura time rise

Nella realtà non esistono segnali con time rise istantaneo, e

come abbiamo appena visto, siccome l’oscilloscopio è

approssimabile come un filtro passa basso, per forza di cose

la banda passante sarà limitata, rendendo anche il time rise

dell’oscilloscopio finito (vedi sopra) [se potessi avere una

rampa ideale come segnale, lo vedrei con questa forma]. La

combinazione di questi due fenomeni allunga il time rise di:

= + ( )

(Risultato derivato d