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Cose da sapere sugli oscilloscopi

  • Che cos'è un oscilloscopio?

  • Quali tipi di oscilloscopio sono disponibili?

  • A cosa fare attenzione quando si acquista un oscilloscopio?

  • Le domande più frequenti sull'oscilloscopio

  • Conclusione: Come acquistare l'oscilloscopio adatto

Che cos'è un oscilloscopio?

Gli oscilloscopi sono strumenti di misura elettronici che rendono visibili più tensioni elettriche contemporaneamente su uno schermo. Le misurazioni sono principalmente al centro dell'andamento temporale e delle variazioni temporali delle curve di tensione. A tale scopo, in un sistema di coordinate bidimensionale con asse X orizzontale (asse temporale) e asse Y verticale (asse di tensione), viene rappresentata la serie temporale della tensione, anche nota come grafico storico. L'immagine visualizzata su un piccolo schermo è l'oscillogramma.  Mentre gli oscilloscopi analogici più comuni in precedenza erano costituiti da tubi catodici simili ai tubi per immagini televisive, i loro successori digitali utilizzano oggi display LC a cristalli liquidi.

A seconda del punto in cui l'oscilloscopio trova il suo impiego, si consiglia l'uso di oscilloscopi portatili o da tavolo e accessori per oscilloscopi adatti. Anche se la tecnologia negli oscilloscopi è sempre più compatta e i dispositivi diventano sempre più piccoli, gli oscilloscopi da tavolo comuni non hanno "piccole" dimensioni. Ciò è dovuto alla dimensione del display e della tastiera, che consente all'utente una visualizzazione più precisa dei grafici storici e quindi anche una migliore risoluzione dei problemi. 

Se volete essere mobili e non volete ancora fare a meno di un grande monitor, dovreste considerare l'acquisto di un oscilloscopio USB,. Questo piccolo dispositivo può essere collegato a un computer portatile o a un PC tramite cavo USB. Sullo schermo vengono visualizzate le misurazioni. Con tutti i cavi e i puntali di prova, gli oscilloscopi sono adatti a qualsiasi borsa per laptop.

Gli oscilloscopi portatili, noti anche come oscilloscopi portatili o palmari, funzionano a batteria e sono paragonabili ai dispositivi più grandi in termini di potenza. I tecnici sono lieti di utilizzarli per l'assistenza sul campo o per la manutenzione di macchine di grandi dimensioni in capannoni e sui siti di produzione. Si noti il display ridotto e il campo della tastiera più piccolo. 

 

La nostra buona pratica: accessori per oscilloscopio

Gli accessori per oscilloscopi di solito sono inclusi negli oscilloscopi digitali. Tra questo è disponibile anche il software che utilizza il segnale di una scheda o di un ingresso audio. L'uscita grafica può essere effettuata tramite PC ed è preferibilmente adatta per scopi didattici. Gli oscilloscopi come accessori per computer sono più economici rispetto agli oscilloscopi digitali autonomi, ma non raggiungono i loro parametri tecnici.

 

Quali tipi di oscilloscopio sono disponibili?

Si distingue soprattutto tra oscilloscopi analogici e digitali. Entrambi visualizzano sia il segnale di tensione che la frequenza, gli spostamenti di fase, le linee caratteristiche di passaggio o i grafici a impulsi.

Gli oscilloscopi digitali (in inglese: Digital Storage Oscilloscope, in breve DSO) eseguono la conversione analogico-digitale e dispongono di numerose funzioni e funzioni pratiche:

  • Pre-trigger: In questo modo è possibile attendere un determinato evento, ad esempio un picco di tensione. Grazie alla memorizzazione è possibile osservare la cronologia del segnale prima dell'evento.
  • Rilevamento digitale della punta (rilevamento dell'impulso di disturbo)
  • Sottocampionamento (scansione del tempo di equipollenza)
  • Calcolo del valore medio: La media durante numerosi periodi di visualizzazione consente la soppressione delle interferenze in caso di segnali periodici
  • Software di analisi per esempio tempo di salita, ampiezza dell'impulso, ampiezza, frequenza
  • Impostazione automatica su un segnale sconosciuto
  • Funzioni matematiche come somma o differenza tra i canali
  • Spettro di frequenza/FFT, istogrammi, statistiche

Un oscilloscopio ha una memoria è possibile analizzare i dati anche dopo la misurazione, archiviarli su un supporto di memoria o trasferirli su un PC. Lo svantaggio è il funzionamento più complicato rispetto ai dispositivi analogici e il rischio di una rappresentazione distorta grazie all'effetto Alias. In questo modo le frequenze più alte vengono erroneamente considerate inferiori. I DSO funzionano a basso consumo energetico con tecnologia LCD e processori veloci. Inoltre, mostrano i dati di misurazione in modo molto più preciso. Gli oscilloscopi digitali moderni forniscono inoltre numerose funzioni per l'analisi del segnale. In questo modo è possibile ingrandire o scorrere facilmente la vista.

Gli oscilloscopi analogici sono molto più grandi e più ingombranti di quelli digitali. Gli svantaggi sono gli errori ortogonali, la sfocatura dei bordi, gli errori di inlinearità. Per una versione analogica il prezzo è conveniente. Inoltre, la deflessione capacitiva del fascio di elettroni è facilmente controllabile su grandi intervalli di frequenza. Gli oscilloscopi digitali hanno ormai completamente sostituito i dispositivi analogici dal mercato grazie alla loro varietà di funzioni e capacità di memoria.

Oltre agli oscilloscopi analogici e digitali, sono disponibili anche oscilloscopi CCD, oscilloscopi a segnale misto o i monitor Waveform (WFM) più specifici del settore della tecnologia video.
L'oscilloscopio CCD è dotato di un piccolo tubo a fascio di elettroni per la generazione di un'immagine schermata sul sensore CCD posto nel tubo. Il tubo è estremamente piccolo e può quindi funzionare nell'intervallo GHz. L'oscilloscopio CCD non ha alcuna distanza di rilevamento, il suo monitor mostra l'immagine. Con lo spegnimento del fascio di elettroni è possibile catturare un singolo campione.
L'oscilloscopio a segnale misto è un oscilloscopio digitale dotato di ingressi analogici e digitali. I canali digitali possono essere impostati per lo più su una specifica famiglia logica (TTL, CMOS). In questo modo distinguono esclusivamente gli stati Low, High e Undefined.
Il monitor Waveform, o WFM, è un oscilloscopio speciale che misura i segnali video analogici nella tecnologia video professionale.

 

 

A cosa fare attenzione quando si acquista un oscilloscopio?

Prima di acquistare un oscilloscopio, si dovrebbe chiedere cosa si desidera misurare e se ne ha bisogno in modo fisso sul posto di lavoro o in movimento. È necessario prestare particolare attenzione alla velocità di campionamento, al numero di canali disponibili, alla larghezza di banda, alla precisione di misurazione e alla profondità di memoria. Di seguito vengono indicati più dettagliatamente questi e altri fattori.

 

Analogico o digitale?

Gli oscilloscopi digitali sono particolarmente adatti per segnali ad alta frequenza. Con questi strumenti è possibile registrare, memorizzare e analizzare in modo efficace frequenze, funzioni e segnali. Inoltre, dispongono di una maggiore gamma di funzioni e consentono la rappresentazione parallela di più segnali. Gli oscilloscopi analogici invece memorizzano l'immagine sul tubo invece del segnale.

 

La larghezza di banda

La larghezza di banda determina la frequenza massima di tutti i componenti di un segnale analogico o digitale che possono essere raccolti dal dispositivo. Viene selezionato in base all'applicazione desiderata. Per la misurazione dei segnali analogici, la larghezza di banda deve essere almeno tre volte superiore alla frequenza massima del segnale in corso, per i segnali digitali almeno cinque volte superiore. Pertanto, se la frequenza di clock massima è di 100 MHz, l'oscilloscopio deve essere in grado di misurare almeno 500 MHz. In particolare, i segnali ad alta frequenza richiedono un'elevata larghezza di banda per poter misurare in modo affidabile ed evitare segnali distorti.

Il nostro consiglio: processore di segnale digitale (DSP)

Con un processore di segnale digitale (Digital signal processor, DSP) è possibile selezionare diverse larghezze di banda e adattarli al circuito corrente. Le percentuali di rumore e i segnali secondari fastidiosi possono essere eliminati in modo mirato.

I canali di ingresso

Gli oscilloscopi dispongono di un massimo di quattro canali per il segnale di ingresso, con i quali è possibile visualizzare e confrontare fino a quattro misurazioni contemporaneamente. La flessibilità e la precisione dei canali sono fondamentali. È possibile scegliere tra ingressi analogici e digitali. Gli ingressi appositamente isolati aiutano inoltre a evitare cortocircuiti durante le misurazioni di alimentazione elettrica.


La frequenza di campionamento

La frequenza di campionamento determina in modo significativo la risoluzione e la precisione della misurazione. Determina quanti dettagli delle linee e delle forme d'onda esistenti tra i singoli punti di campionamento assorbano e memorizzano l'oscilloscopio. Più alta è la velocità di campionamento dell'oscilloscopio, più punti ha l'onda e più preciso e più fine è il grafico. Si consiglia di scegliere una frequenza di campionamento almeno cinque volte superiore alla frequenza di ingresso. Ad esempio, una larghezza di banda di un GHz richiede una velocità di campionamento di cinque gigasamples.


La profondità di memoria

La profondità di memoria dell'oscilloscopio definisce il volume di memoria per la registrazione dei segnali. Indica il numero di punti memorizzabili in caso di registrazione completa del segnale. Maggiore è la profondità di memoria, maggiore può essere la portata e la durata della registrazione del segnale. In questo modo la profondità di memoria è direttamente collegata alla velocità di campionamento. Per garantire un'elevata velocità di campionamento durante lunghi periodi di tempo, è necessaria una memoria il più profonda possibile. La profondità di memoria necessaria viene determinata moltiplicando il tempo da registrare con la frequenza di campionamento.

 

Navigazione curva e zoom

La sezione dell'immagine può essere ridimensionata in orizzontale e in verticale grazie alla scala di navigazione. Con questo potete spostarvi lungo il grafico salvato e selezionare il ritaglio desiderato. Per una valutazione precisa, uno zoom è indispensabile, soprattutto in caso di grandi profondità di memoria e forme d'onda estese.


Funzioni di misurazione automatiche

Le funzioni di misurazione automatica servono per una comoda analisi dei grafici. A seconda delle esigenze, sono disponibili funzioni appropriate come le misurazioni di ampiezza, le misurazioni temporali, i tempi di salita o la durata del periodo.


Le sonde

La sonda rileva i valori desiderati all'oggetto di misurazione e li trasmette come segnale. In questo modo la tensione per l'oscilloscopio diventa visibile e valutabile. È possibile scegliere tra sonde attive e passive. Le sonde passive non sono solo economiche e robuste, ma hanno anche un'impedenza adatta e un impatto ridotto sul risultato della misurazione. Tuttavia, ciò vale solo per l'intervallo di bassa frequenza. Se il punto di misura non ha un'impedenza sufficientemente bassa e non è ammessa una capacità della sonda da 10 a 20 pF, è necessaria una sonda attiva.


La nostra buona pratica: acquistare le sonde

Esistono diversi tipi di sonde, come le sonde portatili con montaggio manuale o le sonde a saldare per la misura alla sorgente del segnale. Nella maggior parte dei casi, la fornitura di un oscilloscopio contiene almeno una sonda adatta. Quando si acquista un'altra sonda, è necessario tenere presente che queste influenzano un minimo i segnali di misurazione e sono compatibili con il dispositivo e il sistema.


Il triggering

Per ottenere un'immagine definita in caso di segnali periodici, la registrazione deve avvenire prima di ogni passaggio fino a quando il segnale da misurare raggiunge uno stato definito. Questo stato è chiamato "trigger". Nella maggior parte degli oscilloscopi, la modalità trigger è automatica. Il dispositivo riconosce lo stato definito e ripetente del segnale stesso e può controllare il fascio di conseguenza. Con i trigger è inoltre possibile avviare la registrazione del segnale in un momento predefinito.
Oltre all'hardware e al trigger software, esistono anche forme speciali come "Visual Triggering”. In questo modo è possibile posizionare aree di bloccaggio e di passaggio autodefinite sul grafico. Il trigger si attiva solo quando il segnale interagisce con le aree definite.

I dispositivi di alta qualità offrono inoltre caratteristiche pratiche come ritardi di trigger o una seconda base temporale e possibilità di impostazione per modelli di trigger complessi. Anche brevi tempi morti tra gli impulsi di trigger sono utili per utilizzare una modalità per più rilevamenti e quindi non perdere nessun evento.  


La connettività

I requisiti in termini di connettività dipendono dal campo di applicazione specifico dell'oscilloscopio. Più il dispositivo è di alta qualità, più connessioni per la valutazione, la trasmissione dei dati e la memorizzazione saranno disponibili. Tra le altre possibilità vi sono:

  • Trasferimento dati per MS-Excel o Word per la valutazione
  • Collegamento stampante
  • GPIB
  • Collegamento per scheda grafica per il collegamento a un monitor esterno
  • LabView per analisi dettagliate
  • Interfaccia di programmazione
  • Slot per scheda di memoria
  • Porta USB

 

Domande frequenti sull'oscilloscopio

Che cos'è l'impedenza di ingresso?

L'impedenza d'ingresso, anche la resistenza d'ingresso, di un oscilloscopio è solitamente di 1㏁ per caricare poco il punto di misurazione (<< 1㏁). Può essere aumentato a 10㏁ o più con l'anteprima di una sonda e può essere regolato in base alla larghezza di banda.

Cosa significa calibrato DAkkS?

L'ente di certificazione tedesco (DAkkS) garantisce la qualità e l'affidabilità della misurazione industriale. I risultati di calibrazione ottenuti in laboratori riconosciuti possiedono la massima affidabilità secondo l'Istituto di Stato (in Germania il PTB) è obbligatorio in tribunale. Grazie agli accordi internazionali e alla base di riconoscimento internazionale DIN EN ISO/IEC17025, sono riconosciuti a livello internazionale.

Cosa significa calibrato ISO?

Già dal 1987 i sistemi QA sono certificati da aziende industriali e ora anche da aziende di servizi, banche, assicurazioni, rivenditori e ospedali. Inoltre, esistono altre leggi, norme e direttive specifiche del settore in ambito farmaceutico (CFR,GMP), alimentare (HACCP) e automobilistico (VDA, QS9000, ISO TS 16949). Per tutte le direttive e le norme, l'introduzione e la manutenzione di una gestione dei mezzi di prova, compresa la calibrazione, è un elemento indispensabile.

 

Conclusione: Come acquistare l'oscilloscopio adatto

Prima di acquistare un oscilloscopio, è necessario sapere a quale scopo utilizzare il dispositivo. Di conseguenza, selezionare prima tra un dispositivo analogico e digitale e quindi determinare le funzioni necessarie. In base a questi, è possibile anche filtrare parzialmente i nostri prodotti:

  • Larghezza di banda (almeno tre volte superiore alla frequenza massima)
  • Numero e qualità dei canali di ingresso (ad esempio per la guida grafica del menu)
  • Velocità di campionamento
  • Profondità di memoria (importante per la portata e la durata della registrazione del segnale)
  • Curve navigazione
  • Zoom
  • Trigger
  • Connettività
  • Display

Il nostro consiglio pratico: gli accessori

L'acquisto di un oscilloscopio è vantaggioso per l'acquisto di un cavo di collegamento (solitamente USB) e di driver corrispondenti. In questo modo il dispositivo può essere collegato al PC o i dispositivi mobili possono essere collegati per la ricarica. Non tutti gli oscilloscopi sono inoltre inclusi in un software PC corrispondente. Per i dispositivi alimentati a batteria devono essere disponibili pile o batterie.

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