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Oscilloscopio

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[1] Oscilloscopio

Messaggioda Foto UtenteGia1988 » 11 set 2011, 10:26

ciao a tutti,
volevo chiede se qualcuno può darmi qualche informazioni riguardo alle sonde utilizzate in un oscilloscopio da laboratorio.
In particolar modo vorrei sapere come è fatta internamente una sonda per oscilloscopio generale e se c'è un suo
circuito equivalente e quali sono le grandezze che entrano in gioco quando la colleghi per la misurazione di un circuito..
Grazie mille :)
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[2] Re: Oscilloscopio

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 11 set 2011, 10:39

Sono di corsa che e` tardissimo, se Foto UtenteDirtyDeeds vede questa domanda si scatena. Per il momento cerca partitore compensato, il principio e` quello, con rapporto di partizione 10:1 o anche 100:1.
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
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[3] Re: Oscilloscopio

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 11 set 2011, 11:22

Stamattina devo ancora prendere il caffè, per cui, per adesso, sarò rapido:

Qui e qui ci sono due discussioni sul partitore compensato.

Ciò che non viene spiegato lì, e che cercherò di spiegarti appena riesco, è perché si usi un partitore compensato per fare una sonda.
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[4] Re: Oscilloscopio

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 11 set 2011, 13:04

Cominciamo con il dare un'occhiata all'ingresso del canale verticale di un oscilloscopio. L'impedenza d'ingresso di un tipico oscilloscopio può essere rappresentata (con accettabile approssimazione) come il parallelo di una resistenza e di una capacità:



Il simbolo a triangolino ci dice che l'oscilloscopio misura la tensione d'ingresso rispetto al conduttore esterno del connettore BNC; il simbolo di terra ci dice che, tipicamente, questo conduttore esterno è anche collegato al potenziale di terra. La resistenza ha solitamente valore di 1\,\text{M}\Omega, mentre la capacità è dell'ordine della decina di picofarad (10 pF - 30 pF). A questo punto, non è difficile vedere che l'impedenza equivalente Z_\text{i} vista all'ingresso di un oscilloscopio vale

Z_\text{i}(\omega) = \frac{R_\text{i}}{1+\text{j}\omega R_\text{i} C_\text{i}}

dove \omega = 2\pi f è la pulsazione corrispondente alla frequenza f a cui determiniamo l'impedenza d'ingresso. La frequenza

f_\text{p} = \frac{1}{2\pi R_\text{i} C_\text{i}}

è la frequenza del polo dell'impedenza. Provando a sostituire dei valori tipici di R_\text{i} e C_\text{i} (facciamo C_\text{i}\approx 20\,\text{pF}), otteniamo

f_\text{p} \approx \frac{1}{2\pi\times 10^6\,\Omega\times 2\times 10^{-11}\,\text{F}}\approx 8\,\text{kHz}

E' allora interessante notare che per f\ll f_\text{p} l'impedenza d'ingresso è approssimabile con una resistenza di valore R_\text{i}, mentre per f\gg f_\text{p} l'impedenza d'ingresso è approssimabile con una capacità di valore C_\text{i}.

Detto questo, immaginiamo di voler connettere l'oscilloscopio a un circuito per fare un po' di misure. Cosa capita, lo vedremo al prossimo post...
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[5] Re: Oscilloscopio

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 11 set 2011, 13:53

In linea di principio è semplice, si tratta di un partitore compensato in frequenza ma se scendi nei dettagli le cose si complicano notevolmente.
Ti propongo questo che fa parte del patrimonio Tektronix e dove, anche se è notevolmente datato, c'è tanto da imparare.
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[6] Re: Oscilloscopio

Messaggioda Foto UtenteGia1988 » 11 set 2011, 15:53

Grazie davvero a tutti ho capito molto bene la spiegazione di Dirty, ho una domanda...
Quell' IN nel disegno è il BNC dell'oscilloscopio dove connetto la sonda giusto?
poi:
1) la R è la resistenza parassita del filo (la sonda che attenua ha un l' anima fatta di un filo
che ha una certa resistenza mi sembra un po maggiore del rame...) corretto?
2)la capacità rappresenta la capacità parassita del cavo coassiale? giusto?
...quindi una sonda che non attenua è praticamente un cavo coassiale caratterizzato sola da una cerca capacità...
Poi mi interessa molto sapere cosa succede se con la mia sonda mi connetto ad un circuito...facciamo che la sonda attenua di un fattore 10 (ho una sonda 10x) ..
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[7] Re: Oscilloscopio

Messaggioda Foto UtenteGia1988 » 11 set 2011, 17:13

Mi sono spiegato male nel precedente post.
La resistenza e la capacita scritte al punto 1 e 2 sono quelle che rappresentano la sonda non l ingresso del canale di un oscilloscopio
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[8] Re: Oscilloscopio

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 11 set 2011, 17:45

Gia1988 ha scritto:Quell' IN nel disegno è il BNC dell'oscilloscopio dove connetto la sonda giusto?


Sì.

Gia1988 ha scritto:1) la R è la resistenza parassita del filo (la sonda che attenua ha un l' anima fatta di un filo
che ha una certa resistenza mi sembra un po maggiore del rame...) corretto?


No, la sonda non ce l'ho ancora messa. Per adesso, stavo analizzando solo l'oscilloscopio. L'impedenza Z_\text{i} è l'impedenza equivalente del circuito d'ingresso dell'oscilloscopio, circuito composto dalla cascata di un partitore variabile a scatti (per regolare la scala verticale dell'oscilloscopio) e da un amplificatore. La resistenza R_\text{i} e la capacità C_\text{i} sono principalmente dovute al partitore variabile.

Gia1988 ha scritto:2)la capacità rappresenta la capacità parassita del cavo coassiale? giusto?


Anche qui, no: per adesso il cavo non c'è ancora (comparirà tra poco...). La capacità deriva da quanto detto sopra.

Adesso colleghiamo l'oscilloscopio a un circuito e, per adesso, facciamo il collegamento con un normale cavo coassiale. Supponiamo che il circuito possa essere rappresentato con un equivalente Thévenin, cioè come un generatore di tensione V_\text{g} con in serie una resistenza R_\text{g}: V_\text{g} è la tensione che vorremmo misurare. Supponiamo anche che il cavo possa essere rappresentato da una capacità C_\text{c} compresa tra il conduttore centrale del cavo e la calza esterna (vedremo alla fine che questo modello del cavo, ad alta frequenza, è troppo poco accurato). Con queste assunzioni, il circuito equivalente del collegamento tra circuito in prova e oscilloscopio è



Prima osservazione: da quanto detto sopra, noi vorremmo misurare V_\text{g}, cioè la tensione a vuoto generata dal circuito in prova, cioè la tensione generata dal circuito indisturbato; in pratica, però, la tensione effettivamente misurata è V_\text{i}, la tensione all'ingresso dell'oscilloscopio e generalmente diversa da V_\text{g}.

In base a quanto detto in [4], a frequenze maggiori di f_\text{p} la presenza della resistenza R_\text{i} può essere trascurata e il circuito si semplifica così:



Riconosci il circuito? E' un semplice filtro passa basso RC, la cui frequenza di taglio superiore è

f_\text{H} = \frac{1}{2\pi R_\text{g}C_\text{eq}}

Proviamo a mettere qualche numero (ragionevole): un cavo coassiale di uso comune ha una capacità per unità di lunghezza dalle parti degli 80 pF/m; se immaginiamo di prendere un cavo da un metro, abbiamo C_\text{c}\approx 80\,\text{pF}. Quindi

C_\text{eq} = C_\text{c} + C_\text{i} \approx 100\,\text{pF}

R_\text{g}, in circuiti che lavorano ad alta frequenza, non è mai molto alta e, tanto per darle un valore, diciamo R_\text{g}\approx 100\,\Omega. Con questi valori si ottiene f_\text{H}\approx 16\,\text{MHz}.

Morale della storia: magari ci siamo comprati un bell'oscilloscopio con banda di 300 MHz, ma la tensione V_\text{i} al suo ingresso è limitata a 16 MHz per effetto del collegamento con il circuito. E ciò che succede a 300 MHz proprio non riusciamo a vederlo. Le principali responsabili di questa limitazione sono la capacità del cavo e la capacità d'ingresso dell'oscilloscopio, ed è su queste che dobbiamo agire per risolvere il problema: R_\text{g}, infatti, fa parte del circuito in prova e non può essere modificata.

(continua...)
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[9] Re: Oscilloscopio

Messaggioda Foto UtenteGia1988 » 11 set 2011, 18:13

Chiarissimo !
Ma se lavoriamo a basse frequenze....?
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[10] Re: Oscilloscopio

Messaggioda Foto Utentequenci » 11 set 2011, 18:22

Quanto "basse" ?
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