Disadattamento di impedenza oscilloscopio

[matt950]

Buongiorno a tutti
Sto preparando l'esame di Misure e sono incappato in un problema forse anche banale. Sostanzialmente riguarda ciò che viene definito "Disadattamento di impedenza" tra l'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio e quella in uscita dal generatore di funzioni.

Da un esercizio ad esempio ho questa consegna:

"Mediante un oscilloscopio analogico multitraccia, con banda 200 MHz e sensibilità (massima) di 10mV/DIV, si vuole osservare il segnale in uscita da un oscillatore sinusoidale a 5MHz e con uscita 0,05V efficaci su un carico di 50Ohm (Rout, generatore = 50Ohm) [...]Si scelga la miglior configurazione di misura per visualizzare il segnale".

Per le configurazioni su base dei tempi, sezione di amplificazione verticale e trigger ci sono. Il problema è che per il calcolo della sensibilità verticale la tensione picco picco della sinusoide lui la calcola come:

Codice: Seleziona tutto

Vpp = 2*0,05V*2√2

giustificando il primo fattore (2x) dicendo che il carico Zin = 1 MOhm dell'oscilloscopio è molto maggiore del carico di 50 Ohm.
Io avrei calcolato ovviamente il valore di picco picco senza il (2x) iniziale.


Ci sono altri esercizi così, dove non capisco mai quando e perché il segnale "raddoppia" in ampiezza e quando no.
Questo è un esempio dove NON raddoppia:

"Mediante un oscilloscopio analogico (2 canali, +-40V di dinamica, 100MHz di banda, 1Mohm di impedenza di ingresso) si vogliono misurare contemporaneamente i segnali di ingresso e di uscita di un amplificatore con guadagno pari a 17dB, banda 20Mhz, resistenza di ingresso pari a 50 Ohm e resistenza di uscita trascurabile. Il segnale di ingresso, proveniente da un generatore con resistenza di uscita di 50 Ohm, è:

Codice: Seleziona tutto

Vin = 0,25*sin*(4π*(10^7Hz)t) V

(il valore di tensione si riferisce ad un carico di 50 Ohm)".

In questo caso la tensione in ingresso all'amplificatore non capisco perché questa volta rimanga invariata.

Grazie a tutti

[MarkyMark]

ciao,
nel primo esercizio si calcola semplicemente la tensione picco picco della sinusoide a partire dalla tensione efficace che ti viene data dal testo.
data
In questo caso si può pensare che questo segnale sia applicato all'ingresso dell'oscilloscopio senza attenuazione dato che l'impedenza della sorgente è trascurabile rispetto all'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio. Puoi provare a ragionare sul seguente schema

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

dove ho modellato l'oscilloscopio con la sua resistenza di ingresso (non ho disegnato la capacità di ingresso). Il segnale in ingresso all'oscilloscopio è Vin, prova a vedere quanto vale in relazione a Veff (ad esempio con il partitore di tensione).

Per quanto riguarda il secondo esempio il sistema si può rappresentare con il seguente circuito

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Qui ti viene dato Vin e dalla sua espressione analitica puoi calcolarne la tensione picco picco. Poi puoi calcolare Vamp con il partitore di tensione

[matt950]

Io la tensione di picco picco l'ho calcolata esattamente come

Codice: Seleziona tutto

Vpp = Veff*2*2 √2

. Solo che non capisco perché nel primo caso la tensione picco picco raddoppi mentre nel secondo caso no.

[IsidoroKZ]

Nei generatori di segnali c'e` un po' di confusione nelle specifiche fra un costruttore e un altro.

Ci sono dei generatori cui chiedi in uscita una tensione (picco, efficace, picco picco fa lo stesso) di 1V, e loro ti danno una tensione a vuoto (picco, efficace, picco picco) di 1V, con resistenza interna di 50 ohm. Se misuri con l'oscilloscopio misuri 1V, mentre quando lo colleghi a un carico adattato leggi 0.5V.

Altre marche di generatori (piu` numerose) invece danno una tensione doppia: chiedi 1V, loro ti danno 2V a vuoto, perche' quando lo andrai a caricare in modo adattato la tensione effettiva sara` di 1V. Se il generatore di segnale e` di quest'ultimo tipo, allora viene impostato per una tensione rms di 50mV, ma da` in uscita a vuoto una tensione efficace di 100mV, vale a dire picco di 141mV, e quindi la scala da usare in verticale e`di 50mV a divisione.

Infine ci sono dei generatori cui puoi programmare il comportamento: chiedi 1V e dici loro se vuoi quella tensione a vuoto o con carico adattato. In pratica dici loro se a vuoto devono darti 1V o 2V. E se non verifichi e lo ha usato qualcun altro prima di te, e` garantito che lo ha lasciato nel modo opposto a quello in cui tu credi sia

[matt950]

Grazie Isidoro, ma non capisco il motivo circuitale del perché la seconda tensione rimanga invariata

[MarkyMark]

Ah sì, scusa non ho letto con attenzione
Nel testo viene specificato che la tensione è riferita ad un carico da 50 ohm. Nel primo caso carichi il generatore con 1 Mohm (circa un circuito aperto) quindi la tensione è doppia rispetto al caso in cui si carica il generatore con 50 ohm. Nel secondo caso invece carichi il generatore con 50 ohm (impedenza di ingresso dell'amplix) quindi la tensione sarà quella che ti viene data dal testo.

[MarkyMark]

Dal testo mi sembra di capire

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Dopo aver calcolato Vin puoi collegare il tuo carico (Impedenza di ingresso dell'oscilloscopio) e vedere quanto vale la caduta di tensione ai suoi capi.

Nel secondo caso invece vai a caricare il generatore con l'impedenza di ingresso dell'amplificatore che è uguale a quella interna del generatore quindi sei proprio nelle condizioni del circuito che ho disegnato in questo post.

[IsidoroKZ]

Non tutti i costruttori forniscono "quel valore". Qualcuno lascia decidere se dare il valore sotto carico o a vuoto.
Poi ci sono generatori in cui l'impedenza di uscita puo` essere commutata fra 50ohm e <5ohm... un casino. E` sempre saggio guardare con l'oscilloscopio che cosa esce prima di applicarlo al circuito!

Questo era poro` una domanda di esame, probabilmente faceva riferimento ai generatori in laboratorio o comunque spiegati a lezione.

Credo che l'abitudine di fornire la tensione di uscita sotto carico derivi dal mondo della radiofrequenza, dove le impedenze di ingresso sono quasi sempre adattate a 50ohm. In analogica a bassa frequenza questo invece non e` praticamente mai vero, e avere un generatore che da` una tensione di uscita a vuoto doppia di quella che mostra sul display e` una vera rottura

[MarkyMark]

avere un generatore che da` una tensione di uscita a vuoto doppia di quella che mostra sul display e` una vera rottura

Concordo. Alcuni generatori prevedono la possibilità di impostare il valore del carico (ammesso di conoscerlo) che si va a collegare e regolano la tensione interna in modo da avere sul carico proprio la tensione che si legge sul display.

Comunque intendevo che, in questo caso, mi sembra di capire che la tensione fornita dal testo sia da intendere come tensione su un carico da 50 ohm.

..con uscita 0,05V efficaci su un carico di 50Ohm (Rout, generatore = 50Ohm)..

[matt950]

Ma nel primo caso, la Veff che il testo mi dà è la tensione Vin oppure quella sul carico di 50 ohm?