Tecnologia Elettrica

Laboratorio di Misure elettriche.

Pagina in costruzione

laboratorio di misure

Prima lezione 

 Scopo dell’esperienza è la misura di resistenza non LINEARE in c.c.  per via indiretta attraverso la conoscenza di tensione e corrente.

Fig1.

Inizialmente si ha un comportamento lineare in seguito ho un

 di scostamento della linearità.

Devo determinare la resistenza equivalente del bipolo alle diverse tensioni.

Per  la misura abbiamo a disposizione un multimetro un amperometro e un alimentatore stabilizzato suddiviso in due sezioni, con due uscite.

Quelli con  una sola sezione hanno un'unica uscita.

Fig2

Tramite una manopola posso regolare il livello di tensione

Avrò correnti dell’ordine del centinaio di mA.

E’ importante l’incertezza che troviamo nelle caratteristiche degli strumenti con i quali noi eseguiamo la misura  

1.   Voltmetro resistenza di valore elevato intorno ai 10MΩ

2.   amperometro  resistenza di valore piccolo – il costruttore non ci da il valore di questa resistenza ma ci fornisce il valore della c.d.t. che è dell’ordine dei 150-200mV a fondo scala.

Per determinare la R la si ricava tramite le legge di ohm essendo che abbiamo sia la tensione che la corrente.

Il voltmetro va inserito a valle per resistenze piccole. Cioè per

R² < R_AR_v 

Quindi per decidere il collegamento del voltmetro bisogna fare una misura  per decidere il metodo da adottare. 

Altrimenti scelgo il voltmetro a valle.

Si fa una misura nell’intervallo (0-20)V

Si deve tenere anche conto degli errori di consumo degli strumenti

Divido l’intervallo in 2 e si vede che la tensione non si dimezza perché l’oggetto non è lineare.

Fig3

Dati amperometro

Range     α = +-075%    β = 1   I_risol=10μA  I_F.S= +- 20mA  

Incertezza a 20-30° C = +- 0,75%  più 1 digt. Di risoluzione

Dati voltmetro ΔV_A = 250mV a F.S.     R_v = 10MΩ

Range:  α = +-0,2 %   β = +- 0,05%     F.S = 100V

R_A = ΔV_A = 250mV/ Range +- 20mA   = 12,5Ω = c.d.t. del  voltmetro

 Incertezza assoluta  per la tensione m = aV_L + βV_F.S

Incertezza assoluta  per la corrente i_r = aI_L + γI_risol

Prima misura 

V₁ = 18,00V     I₁= 14,09V   R₁ = 1277,5Ω

Verifica

Il voltmetro va inserito a valle per resistenze piccole.

Cioè per  R² < R_AR_v 

R_v R_A = 10*10⁶ * 12,5 = 1,25*10⁸

R1²   = 1,63*10⁶

^{OK  verifica eseguita}   1,63*10⁶ <1,25*10⁸

Seconda misura :

V₂ = 9,00V  f.s. = 10V       I₂=  5,67mA    R₂= 1.587,3  

Terza misura

V₃ = 13,50V  f.s. = 100V       I₃=  9,82mA    R₃= 1374,74 Ω

Quarta misura

V₄ = 11,25V  f.s. = 10V       I₄=  7,72mA    R₄= 1457,254 Ω

Quinta misura

V₅ = 15,75V  f.s. = 10V       I₅=  11,94mA    R₅= 1.319,095 Ω

Sesta misura

V₆ = 4,5V  f.s. = 10V       I₆=  1,759A    R₆= 2558,272 Ω

f.s +-2mA

Settima misura

V₇ = 6,75V  f.s. = +-20mA      I₇=  3,65mA    R₇= 1.849,315Ω

Ottava misura

V₈ = 2,25V  f.s. = 2mA       I₈=  0,366 mA    R₈= 6147,540 Ω

Fig5 dati delle misure riportati su un grafico

Seconda parte

V            I  

Determinare la resistenza equivalente in termini differenziali

ΔR_d18v-d15,75v = (18 – 15,75)/(0,01409-0,01194)  = 1046,5 Ω 

ΔR_d4,5v-d2,25v =  (4,5 – 2,25)/(1,759 – 0,366) =  1615,2 Ω

Incertezza della misura  

Range:  α = +-0,2    β = +- 0,05     V_F.S = 100V per la V

Range α = +- 0,75    β = +1         I_risol =  10mA

Incertezza assoluta  per la tensione m = a%V_L + βV_F.S

Incertezza assoluta  per la corrente i_r = a%I_L + γI_ris

m₁ = 0,2%*18 + 0,05%*100 = 0,086V 

Incertezza a 20-30° C = +- 0,75%  più 1 digt. Di risoluzione

i_r1 =  0,75% 0,01409 + 1*10*10^-6 = 0,00010668

Incertezza relativa δm = m₁/ V₁ = 0.086/18  0,00478 =a + βV_F.S/ V₁                                                                                            

Incertezza relativa δ i_r1= i_r1/ I₁= 0.00010668/14,09^-3 = 0,7571%

Incertezza assoluta = δ _R = δi_r1 + δm = 0,01235

Intervallo di R ®ΔR =  R* δ _R= 1277,50*0,01235 = 15,8

Misura:     R₁=  (1277,5 +- 15,8) ®(1277 +- 16)

Valori letti amperometro

Valori letti sull’voltmetro

Seconda prova di laboratorio

Misura di piccola e di grande resistenza

 Una misura è di piccola resistenza quando essa può essere disturbata dalle resistenze di contatto.

Diremo che una misura è di grande resistenza quando invece dovremmo tenere conto della presenza di resistenze di dispersione

Per fare una buona misura devo avere informazioni sull’oggetto da misurare.

Fig6

Nel caso di piccola resistenza l’alimentazione dovrà preferibilmente essere realizzata mediante un generatore di  corrente, nel caso di grande resistenza dovrà preferibilmente essere realizzata mediante un generatore di tensione.

Se l’alimentazione è realizzata mediante una batteria di accumulatori al piombo e viene regolata mediante reostato, si utilizzerà uno schema di regolazione serie (o di corrente) nel caso di piccola resistenza o parallelo (o di tensione)  nel caso di resistenza elevata.

Le resistenze di contatto non sono lineari (vanno dai μΩ ai mΩ) una misura è di piccola resistenza quando essa può essere disturbata dalle resistenze di contatto.

Una misura è di  grande resistenza quando possono essere influenzate dalle resistenze di dispersione.

Per fare una buona misura devo avere informazioni sull’oggetto da misurare.

La misura la faremo su un trasformatore.

Vn = 125V  In = 100 A      Sn = 12,5KVA

Noi misureremo la resistenza dell’avvolgimento in corrente continua.

In linea di massima la resistenza è di R = 20m Dati strumenti amperometro

 Quindi posso  scegliere strumentazione e metodo di misura.

L’avvolgimento è in rame materiale che varia la propria resistività con la temperatura ®devo associare alla misura anche l’indicazione di temperatura.

Per avere indicazioni sulla temperatura vado ad inviare una corrente in modo da associare a questa una certa temperatura.

Consideriamo che il coefficiente di temperatura è a = 0,004.

Quindi devo usare una corrente che non scaldi molto il resistore in modo da poter assimilare la temperatura dell’oggetto con quella ambiente. 

Devo scegliere un amperometro e un millivoltmetro.

Sui morsetti “tensione continua” abbiamo corrente fornita dalla batteria del dipartimento 100 Ah 

Reostato due colonne che portano 100 A a Colonna ed hanno 10 Ω per colonna .

 Per piccola resistenza si inserisce il voltmetro a valle! Vedi disegno 

Fig7

N.B. All’inizio il reostato deve essere inserito con la massima resistenza.

Se voglio misurare piccole resistenze la tensione va misurata ai capi dell’oggetto.

Fig8

Il problema delle resistenze di contatto è anche grave per quanto riguarda la riproducibilità della misura , quindi si cerca di fare in modo di non considerarla.

Quindi si va con i morsetti del voltmetro sul “bullone” (con i puntali del voltmetro).

Uno strumento ad indice è al massimo in milliampere.

Lo strumento è fatto da 2 parti: una è costituita da un voltmetro e da un pezzo che è una resistenza (di shunt).

La strumentazione ad indice è sensibile alla polarità.

La classe di precisione C (massimo errore che lo strumento presenta per quella portata) è di 0,5 . 

Temperatura ambiente 24° C

N.B. Il circuito inizialmente è senza voltmetro perché potrei danneggiarlo durante la chiusura (o anche durante l’apertura del circuito).

Fig9

Reostato due colonne che portano 100 A a Colonna ed hanno 10 Ω per colonna .

La misura la faremo su un trasformatore.

Vn = 125V  In = 100 A      Sn = 12,5KVA

Noi misureremo la resistenza dell’avvolgimento in corrente continua.

In linea di massima la resistenza è di R = 20m Ω

Classe di precisione 0,5 massimo errore che lo strumento presenta per quella portata

Errori assoluti di precisione                           Ev = C*V_FS/100

Errori assoluti di precisione                            Iv = C*I_FS/100

Dati degli strumenti analogici

Voltmetro

Indice di classe  (costante strumentale) C  = 0,5

Valore di fondo scala V_F.S = 150mV

Numero di divisioni  150

Da cui si ricava

Errori assoluti di precisione    Ev = C*V_FS/100

Costanti strumentali: Kv  

Kv = V_F.S/n°didiv = 150mV/150 = 1mV/div

Incertezza relativa ev% =  (Ev/ V_[mv]  )*100    

Amperometro

Indice di classe  (costante strumentale) C  = 0,5

Valore di fondo scala I_F.S = 7,5A

Numero di divisioni  150

Errori assoluti di precisione    Iv = C*I_FS/100

Costanti strumentali:   Ki

K_I = I_f.s/n°didiv =7,5/150 = 0,05 A/div

Incertezza relativa

e_I% = (Iv/ I_[A]  )*100                  

Alimentazione: E = 20V d.c.

Reostato: R = 20mΩ

Costanti strumentali: Kv   Ki

Kv = V_F.S/n°didiv = 150mV/150 = 1mV/div 

K_I = I_f.s/n°didiv =7,5/150 = 0,05 A/div

Errori assoluti di precisione Ev = C*V_FS/100 = 0.5* 0,15/100=0,75mV

Errori assoluti di precisione Iv = C*I_FS/100 = 0,5*7,5/100=0,0375A

     ev% =  (Ev%/ V_[mv] % )*100     e_I% = (Iv%/ I_[A] % )*100                  

Dati della misura:

Oppure si procede nel seguente modo: valori letti amperometro 

Valori letti sull’voltmetro

MEDIA COLONNA = 36,314m Ω

VALORE DICHIARATO = 36,3 m Ω

INCERTEZZA di tipo A

·        L’incertezza di tipo A viene valutata applicando metodi statistici ad una serie di ripetute misurazioni.

·        L’incertezza può essere espressa dallo scarto quadratico medio o dallo scarto tipo o da un multiplo di quest’ultimo 

·        Lo scarto quadratico medio è una stima della varianza

 MEDIA COLONNA = 36,314m Ω =X_K

VALORE DICHIARATO = 36,3 m Ω = Xm

Scarto quadratico medio = s = 0,5367/2 = 0,2684

E_R = 3s/N^0,5 = 3*( 0,2684)/5^0,5= 0,12

Rm = MEDIA COLONNA = 36,314m Ω

xr =( 0,12/36,314 )*100=0,33

R_M = Rm +- xr = 36,314 +- 0,33% = (36,314 +- 0,1198)

  L’incertezza di misura è un parametro, associato con il risultato di una misurazione, che caratterizza la dispersione dei valori che potrebbero essere ragionevolmente attribuiti al misurando.

 Incertezza assoluta  X = Xm +V

Incertezza relativa x = V/Xm

Misura di una grande resistenza  (100M Ω)

Devo avere più tensione possibile e quindi poca corrente da misurare ad esempio un microampere che è una corrente molto piccola.  

I = 100/100*10^6 = 1μA

Devo quindi avere un micro o un picco amperometro.

Con strumentazione normale la misura di questa correnti si porta dietro grosse incertezze.

Questo amperometro ha piccola resistenza rispetto a quella da misurare.

Nelle misure di grande resistenza ho il problema delle correnti di dispersione quindi devo mettere uno schermo.

Inoltre con grandi resistenze posso avere in corrente alternata una capacità che però non ha influenza ma può danneggiare l’amperometro.

Per proteggerlo lo devo cortocircuitare.

Dati strumenti : multimetro funzionante da voltmetro

R = 22M Ω

Range

Portata 20   Risoluzione 10mV

Portata 200V Risoluzione 0,1V

Errore dichiarato = 0,1%rdg +1 digit

Dati strumenti: pico amperometro  

Range

R = 1KΩ

Portata 2mA

Resol. = 100nA 

Errore dichiarato +0.1%rdg +1dgt

Portata 200nA

Resol. = 10pA

Errore dichiarato  + 0,2%rdg + 1dgt

La regolazione della tensione sarà effettuata mediante reostato in parallelo (regolazione di tensione) e l’amperometro deve essere posto a valle del voltmetro .

Il valore del reostato di regolazione è ovviamente molto minore della resistenza da misurare e la regolazione sarà ottimale.

Dati della misura della grande resistenza T = 24° C

R = 108,67*10⁶+ 0,25843*10⁶= 108,93*10⁸Ω

R = 108,67*10⁶-- 0,25843*10⁶= 108,41*10⁸Ω

Dati strumenti : multimetro funzionante da voltmetro digitale

R = 22M Ω

Range

Portata 20   Risoluzione 10mV

Portata 200V Risoluzione 0,1V

Errore dichiarato = 0,1%rdg +1 digit

Dati strumenti: pico amperometro  digitale

Range

R = 1KΩ

Portata 2mA

Resol. = 100nA 

Errore dichiarato +0.1%rdg +1dgt

Portata 200nA

Resol. = 10pA

Errore dichiarato  + 0,2%rdg + 1dgt

Prima misura 

Incertezza assoluta tensione V_F.S = 200V 

m₁ = 0,1%*60 +  1*0,1 =1,6*10^-1V

Incertezza assoluta  corrente I_FS = 2mA

i_r1 =  0,1%0,5521*10^-6 + 1*100*10^-9 = 1,0055*10^-7

Incertezza relativa δm = m₁/ V₁ = 1,6*10^-1/60 = 2,6667*10^-3                                                                                            

Inc. rel. δ i_r1= i_r1/ I₁= 1,0055*10^-7/ 0,5521*10^-6 = 1,8213*10^-1                                                                                            

Incertezza assoluta resistenza = δ _R = δi_r1 + δm = 0,18314

Int.  di R ®ΔR =  R* δ _R=108,68 *10^-6 0,1848= 0,20084MΩ

seconda misura 

Incertezza assoluta tensione V_F.S = 200V

m₂ = 0,1%*45 +  1*0,1 =1,45*10^-1 V

Incertezza assoluta  corrente I_FS = 2mA

i_r2 =  0,1%0,4143*10^-6 + 1*100*10^-9 = 1,0041*10^-7

Incertezza relativa δm = m₂/ V₂ = 1,45*10^-1 /45 = 3,222*10^-3                                                                                             

Inc. rel. δ i_r2= i_r2/ I₂= 1,0041*10^-7/0,4143*10^-6   =2,4237*10¹                                                                                            

Incertezza assoluta resistenza = δ _R = δi_r+ δm = 0,24559

Int.  di R ®ΔR =  R* δ _R=108,62*10^{6 *}0,24559= 0,26676MΩ

 Terza  misura 

Incertezza assoluta tensione V_F.S = 20V

m₃ = 0,1%*12,77 +  1*10^-3 =2,277*10^-2 V

Incertezza assoluta  corrente I_FS = 200nA

i_r3 =  0,1%*117,46*10^-9 + 1*10*10^-12= 1,2746*10^-1

Incertezza relativa δm = m₂/ V₂ = 2,277*10^-2  /12,77 =  1,7831*10^-3                                                                                                                                                                                      

Inc. rel. δ i_r3= i_r3/ I₃= 1,2746*10^-12/117,46*10^-9    = 1,0851*10^-3                                                                                           

Incertezza assoluta resistenza = δ _R = δi_r+ δm = 2,8682*10^-3                                                                                           

 R ®ΔR =  R* δ _R=108,72*10^{6 *}2,8682*10^-3  = 0,31183MΩ                                                                                      

Quarta   misura 

Incertezza assoluta tensione V_F.S = 20V

m₄ = 0,1%*6,14 +  1*10^-3 =7,14*10^-3 V

Incertezza assoluta  corrente I_FS = 200nA

i_r4 =  0,1%*56,50*10^-9 + 1*10*10^-12= 6,65*10^-11

Incertezza relativa δm = m₄/ V₄ = 7,14*10^-3   /6,14 =  1,1629*10³                                                                                                                                                                                  

Inc. rel. δ i_r4= i_r4/ I₄=6,65*10^-11 /56,50*10^-9    = 1,177*10^-3                                                                                           

Incertezza assoluta resistenza = δ _R = δi_r+ δm = 2,3399*10^-3                                                                                           

 R ®ΔR =  R* δ _R=108,67*10^{6 *}2,3399*10^-3   = 0,25427MΩ                                                                                                                                                                                

Lezione 3

Conoscere i principi applicativi di un Oscilloscopio digitale

Per i nostri fini non c’è differenza tra analogici e digitali.

E’ importante individuare le sezioni :

·      Vertical

·      Horizontal

·      Tregger (sincronizzazione)

Ci sono più di due ingressi che si chiamano canali.

Ci sono anche canali ausiliari che si riferiscono alla sincronizzazione.

Si trova anche un connettore di varia forma (PROBE COMP) COSTITUITO DA DUE  conduttori che serve per l’aggiustamento delle sonde compensate.

Sull’oscilloscopio troviamo la BW a -3dB dell’oscilloscopio e una Gs/Δ  che rappresenta la frequenza in cui appare il segnale cioè frequenza di campionamento.

Su altri oscilloscopi  si può trovare l’indicazione 50.000 punti per canale.

Sezione verticale: (ci possono essere più manopole, una per canale oppure una manopola per tutti i canali)

Quando il canale è acceso c’è qualche spia che lo segnala.

La sensibilità verticale è quanti volt per divisione abbiamo sullo schermo (volts/divisione)

Pigiando sul tasto menu posiamo scegliere il tipo di accoppiamento.

Mettere a terra l’oscilloscopio ci è utili per definire lo zero ( manopola position)

Sezione orizzontale : quanti secondi corrispondono ad una divisione orizzontale.

I secondi/divisione vanno dal ns fino alcuni secondi.

Con questa sezione posso spostare la traccia orizzontalmente.

Un comando importante è quello che definisce la modalità di sincronizzazione cioè analizzare fronte e livello o sincronizzarsi su segnali tipo video (non li faremo).

Altro comando è quello hold/off.

Trigger : dobbiamo dire su quale segnale ci dobbiamo sincronizzare e troveremo per inizio la tensione di rete.

Ho la possibilità di sincronizzarmi non per forza su tutto il segnale ma per es. solo  sulla componete alternata.

Una volta definito il segnale a cui sincronizzarmi devo scegliere il livello e la pendenza del segnale e quando questi due eventi succedono viene sganciata la base dei tempi  e parte l’acquisizione.

Il livello si sceglie direttamente sul menu trigger, la pendenza si trova all’interno del menù.

Livello – pendenza è la modalità normale.

Esiste anche in automatico che sgancia la base dei tempi anche se non si verifica l’evento.

Nella modalità one shot si ha l’acquisizione ed esso si ferma, rimane fermo finche non lo faccio ripetere (RUN STOP) . La manopola del livello può essere utile per regolare con l’hold off ma prima bisogna selezionare le basi dei tempi.

Cavo coassiale con isolamento in polietilene; esso ha una certa capacità per unità di lunghezza.

Generatore Audio

L’uscita negativa del generatore è collegata a terra.

L’uscita può avere ampiezza regolabile e può essere alternata da un alternatore regolabile.

Al mio interno c’è un oscillatore sinusoidale.

Ovvero anche un generatore di funzioni tipo onde triangolari.

Un generatore è definito in termini di forma d’onda, frequenza.

La frequenza si può ottenere variandola in modo discreto o continuo in determinati intervalli.

La frequenza della manopola è indicativa, per saperla esattamente devo misurarla nell’oscilloscopio.

Operazioni per sincronizzare 

1.  accendere il CH

2.  accoppiamento GND

3.  modalità normale nel trigger NORM

4.  sorgent LINE (tensione di rete) menù di trigger (compare la scritta Trigd ®vuol dire che è sincronizzato)

5.  position porto lo zero al centro

6.  accoppiamento DC

N.B. si possono tenere accoppiamento ad es. DC = 50Ω

AC = 50 Ω . Il cavo RG58 ha una resistenza caratteristica di 50 Ω Questi tipi di accoppiamenti si usano quando considero trasmissioni di segnali.

Noi non le utilizziamo. 

7.  variare v/div

8.  individuare il massimo ed il minimo di tensione e si scrive il valore ad es. 5V

9.  sorgente trig. CH se il segnale non è stabile si prosegue nel modo seguente.

10.                  pendenza positiva o negativa

11.                  Si imposta un livello U medio da level trigger che visualizza una grandezza che era in memoria.

12.                  Regolare i Δ/div scala dei tempi.

Lezione 4  Oscilloscopio analogico

Conoscere i principi applicativi di un Oscilloscopio analogico

Consente di misurare elaborare due tensioni in cui ogni tensione ha un suo ingresso.

Si possono avere quattro canali e ogni canale ha un suo asse.

Cioè ogni canale ha il suo asse e si può confrontare tensioni che hanno grandezze diverse basta scegliere i due assi verticali

Non si può misurare contemporaneamente misurare 1MHz e 100Hz contemporaneamente.

Per confrontare due segnali si devono usare bene i comandi di sincronismo.

Non è facile sincronizzare.

I comandi fondamentali dell’oscilloscopio  sono 4

Esercizio : confrontare le indicazioni di un multimetro con quelle dell’oscilloscopio alla frequenza industriale

40-400HZ.

Lezione 5 FUNZIONE DI TRASFERIMENTO

Si vuole vedere la frequenza  di risonanza del doppio bipolo.

Abbiamo usato un generatore d’onda (di funzioni).

Quando siamo sopra un livello di tensione e il guadagno cala e la curva diventa simile a sinusoide, si ottiene con un amplificatore non lineare a guadagno variabile.

C’è un contenuto armonico diverso da quello che vogliamo, l’onda triangolare ha 1/n^2 armoniche, le attenuiamo ma alla fine c’è ne sono ancora.

L’oscillatore ha un contenuto di armoniche migliori, ma non posso regolare il ciclo utile di un’onda quadra, e sbilanciarla, ma si può solo usare un’onda quadra o sinusoidale.

Lavoriamo in regime sinusoidale, scegliamo l’ampiezza e la frequenza( 10Hz – 1MHz) la frequenza non si legge nella manopola (che dà una indicazione) ma si misura nell’oscilloscopio.

L’impedenza di uscita nell’oscillatore è di 600W mentre nel generatore d’onda era di 50W.

Il morsetto nero dell’oscillatore è collegato a terra.

Impostiamo una tensione di ingresso, prendiamo un volt picco-picco perché potrebbe esserci  UN OFFSET cioè lo zero spostato.

Diamo la frequenza minore e poi la alziamo, abbiamo la risposta in frequenza W

Il realtà non riusciamo a calcolarla, perché valori complessi; possiamo trovare il modulo della funzione di trasferimento:

La fase è lo sfasamento tra tensione di uscita Vo e quella di ingresso V1

CONVIENE GUARDARE il ritardo temporale nei punti in cui si passa per lo zero, perché ho derivata massima. Mentre nel massimo e minimo ho derivata nulla e posso confondermi. Lo sfasamento è la proporzione di quel ritardo rispetto al periodo, se lo voglio in radianti moltiplico per 2 pigreco, se in gradi per 360.

Si deve sempre lavorare in maniera migliore, per cui quando faccio la misura con l’oscilloscopio deve essere la migliore possibile®forme d’onda grandi che ci stiano dentro lo schermo. Se  c’è del rumore e faccio con valore efficace

Ho un 5 per mille di errore (è poco) mentre prima avevo un rumore che era 1/10 del segnale utile.

Se invece faccio picco-picco posso avere: 2V_L + 2V_v ho V_L + V_v 

e V_L * 1,1   quindi l’errore del 10% lo tengo tutto. Quindi è meglio il valore efficace ma ora calcoliamo con picco-picco.

MISURA DI FASE:

SICCOME è FATTA con i passaggi per lo zero, può esserci un errore se lo zero non è posizionato bene.

Con l’oscilloscopio analogico si può fare:

si mantiene la calibratura per la misura delle tensioni, mentre per le fasi si può calibrare, questo perché se metto la linea nello zero:

1. posso accidentalmente girare la manopola che sposta lo zero
2. oppure il generatore può dare una sinusoide con una continua sovrapposta, allora se metto accoppiamento ad AC anche se ho una frequenza di 100Hz molto lontana dalla f. di taglio 6Hz non filtra bene, abbiamo gia visto:

Allora accoppiamento DC.

La condizione migliore è quella di impostare la forma d’onda come tangente sopra e sotto alle quattro divisioni: alle quattro divisioni sopra, e 4 sotto allora la linea centrale è quella dello zero.

Per fare questo posso scalibrare l’asse verticale.

Così ho la massima pendenza e mi accorgo se qualcosa non va, perché esce dallo schermo.

Allora posso calcolare non come rapporto dei tempi (perché il costruttore può aver calibrato male la base dei tempi ma questo è la stessa per tutti e 2) ma come rapporto delle divisioni.

Posso avere la migliore conoscenza delle divisioni a1 sopra e le divisioni  a sotto , quando vedo entrambi in maniera più grande possibile, allora a1 è il più grande, posso squilibrare l’asse verticale e mettere il periodo pari a 10 divisioni, questo perché squilibrio sia a che a1 della stessa grandezza.

È un esempio come delle grandezze relative possono essere ottenute in maniere migliore di quelle assolute.

Ora non sappiamo il comportamento da 10Hz a 1Hz dobbiamo tracciare un grafico in funzione della frequenza.

Anche qui è bene conoscere dei punti interessanti ORA MINIMO, massimo del guadagno, sfasamento tra ingresso e uscita di 0° , 90°, 180°.

Per guadagno:

Metto max, min.

Supponiamo tensione di ingresso costante, allora guardiamo la tensione di uscita cambia la f, sale poi scende allora in mezzo un max e continuo così, e poi facile mettersi in modalità X Y per vedere un segmento e ground su CH1.

Ma V1 non è costante.

Ci mettiamo in modalità XY, nelle X guardiamo tensione di Uscita, e Y di ingresso.

Otteniamo una elisse

Posso identificare quando le 2 sono in fase 0° o in opposizione di fase 180° perché si muove per il segmento – se passo in modalità V in funzione del tempo e vedo se in fase o in opposizione. 

Se 90°, ottengo una elisse ruotata con gli assi giusti, perché se avessero la stessa ampiezza si avrebbe un cerchio.

Se la fase è zero siamo in risonanza

 Lezione 6

Analisi degli effetti di carico al variare della frequenza.

E’ noto come la misura della tensione ai morsetti di un generatore debba eseguirsi mediante uno strumento di impedenza molto maggiore dell’impedenza interna della sorgente del segnale per evitare di commettere l’errore dovuto alla caduta di tensione sull’impedenza interna della sorgente del segnale.

E’ tuttavia importante ricordarsi che l’impedenza della connessione dello strumento di misura alla sorgente del segnale risulta in parallelo a quella propria dello strumento e che queste impedenze sono in generale funzione della frequenza.

Un caso particolare è costituito dal collegamento di un segnale all’ingresso di un oscilloscopio; l’impedenza di ingresso dell’amplificatore dell’oscilloscopio può in generale essere caratterizzata dal parallelo di una resistenza di circa 1 MW con una capacità di circa 15-20 pF.

Se in continua l’impedenza di 1 MW deve certamente considerarsi sufficientemente elevata nella maggior parte dei casi, a 100 Mhz la capacità di 20 pF costituisce una impedenza di circa 80W che non può certo considerarsi elevata nella maggior parte dei casi.

Risulta ancora peggiore il caso in cui il collegamento tra sorgente del segnale ed ingresso dell’oscilloscopio è realizzato mediante un cavo coassiale. Il cavo coassiale può essere infatti schematizzato come una capacità parallelo di circa 100 pF per metro; se il collegamento è di 70 cm e la capacità di 70 pF, la capacità totale risulta di 90 pF e l ‘impedenza inferiore a 23W!

In questi casi risulta conveniente utilizzare le “sonde”

realizzate appositamente per l’oscilloscopio.

Esse sono sostanzialmente dei divisori ohmico-capacitivi di tensione il cui ramo principale viene collegato direttamente sulla sorgente del segnale.

Mentre R1 e C1 si trovano inseriti direttamente sul morsetto della sorgente del segnale, R2 e C2 rappresentano la resistenza di ingresso dell’amplificatore e la capacità di ingresso dell’amplificatore in parallelo con quella del collegamento in cavo coassiale. Se il rapporto delle resistenze R1/R2=9 e il rapporto delle capacità è C2/C1=9,

·        le due costanti di tempo Rl*C1 e R2*C2 sono uguali

·        il rapporto di partizione risulta vl/v2= 10

I l’impedenza collegata alla sorgente del segnale risulta 10 volte maggiore di quella che si avrebbe in assenza del divisore.

Esercitazione

SCOPO: COSTRUIRE UN DISPOSITIVO CHE RIDUCE LA TENSIONE SIA A BASSA CHE AD ALTA FREQUENZA.

• Uso sonda passiva per 10
• Misura tempo di salita e valutazione banda passante oscilloscopio
• La sonda deve essere adattata

Una sonda per 10 dà una attenuazione del segnale piuttosto di dare uscita Vuscita su Vingresso   (che è il guadagno) facciamo il reciproco.

10 è il valore da moltiplicare per Vout per ottenere Vin. Che è la grandezza che voglio vedere.

Le sonde sono usate per aumentare la portata dell’oscilloscopio

Es da 40V a 400V.

Per es. divisore resistivo:

Non si usa solo per attenuare un segnale, es un segnale da dieci Volts posso vederlo anche senza sonda, ma posso usarla lo stesso perché: quanto assorbo dall’oggetto da misurare per fare la misura (consumo)!

Per l’oscilloscopio R è un 1MWe in parallelo una C@ 20 pF, poi un cavo coassiale a una impedenza di 50W e 100pF, allora quando faccio il collegamento ho 1MW, 20pF e i 100pF, poi si deve vedere qual è il consumo al variare della frequenza.

Con frequenza basse (50-100Hz) è predominante la R, se salgo con frequenza (100KHz – MHz) la parte predominante è la C e ho più consumi.

Ma così con sonde ho una impedenza di 10MW, il sistema carica meno quindi consuma meno.

In un cavo coassiale si deve trasportare una potenza grande (I grande) allora si vuole una impedenza piccola si usa il rame 100pF per metro.

C1 = 100/9 = 11pF

Per 10 divisore passivo . tale per cui quello che vedo nell’oscilloscopio è 1/10 della V ingresso

SCOPO: COSTRUIRE UN DISPOSITIVO CHE RIDUCE LA TENSIONE SIA A BASSA CHE AD ALTA FREQUENZA.

Se lavoro a 100Hz Xc=15MW

In BASSA FREQUENZA CONSIDERO SOLO IL DIVISORE RESISTIVO E TRASCURO QUELLO CAPACITIVO.

C1 è FISICAMENTE MESSO DENTRO LA TESTA DELLA SONDA ma è necessario che C1 = 1/9C2 in bassa frequenza.

AD ALTA FREQUENZA PER ESEMPIO 10^6Hz OTTENIAMO Xc = 15.000W

Quando lavoriamo con sonde:

 Affinché la sonda funzioni bene è necessario che questi rapporti siano uguali.

La retina in testa e per regolare il condensatore per L’ADATTAMENTO.

SE INVECE DI LAVORARE CON UNA V Sinusoidale lavoro con un’onda quadrata  la mia ampiezza è 1/10 di quella di partenza, se la sonda è adattata.

  L’onda quadra deve avere un periodo lungo a sufficienza per permettere al fenomeno di manifestarsi:

devo pertanto usare la frequenza di 1KHz (frequenze basse da KHz in giù)

Dobbiamo dunque tarare le sonde. Devo vedere contemporaneamente l’effetto del  divisore capacitivo e del divisore resistivo.

Dunque è necessario tarare la sonda A MENO CHE NON LAVORO CON V SINUSOIDALI A 50HZ

CARATTERISTICHE DELLA SONDA

LE SONDE HANNO UN CAVO COASSIALE Più SOTTILE E PIU’ FLESSIBILE, devono solo portare informazioni : 60pF/m di capacità.La R del conduttore centrale è 120W/m  dunque la sonda è diversa da un semplice cavo coassiale.

2° argomento: vedere la forma dell’onda tramite l’oscilloscopio

Come misuriamo il tempo di salita?

Negli oscilloscopi digitali la misura è automatica. Nel menu misure.

Ma in quelli analogici? Dobbiamo calcolarla noi:

IL TEMPO DI SALITA E’ IL TEMPO NECESSARIO PER PASSARE DAL LIVELLO 10% AL LIVELLO 90%.(ampiezza del segnale)

t²m = t²g+t²o dove tm = tempo di salita visualizzato tg = tempo di salita del generatore d’onda, to tempo di salita dell’oscilloscopio.

  Pagina precedente