Un oscilloscopio è uno strumento elettronico utilizzato per rappresentare graficamente le onde sonore e le frequenze ambientali. Questo tipo di strumento è utile in una serie di applicazioni diverse. Alcuni dei più comuni includono la musica, in particolare le frequenze radio e la rimasterizzazione della musica digitale, ma può anche essere utile in alcuni scenari di circuiti e ingegneria e per fare cose come misurare l’attività sismica e alcuni altri suoni in natura. La maggior parte dei dispositivi è calibrata non solo per rappresentare le onde sonore che si verificano in un istante, ma anche per seguirle nel tempo, rilevando cambiamenti e spostamenti significativi. Di solito sono abbastanza facili da controllare e manipolare e gli utenti possono calibrarli per raggiungere una serie di obiettivi diversi. Inoltre, ci sono molti modelli diversi tra cui scegliere, spesso con una gamma di specifiche. Alcuni sono di base e facili da usare, mentre altri sono molto più complicati e spesso richiedono software di supporto e altre apparecchiature. Le persone che cercano di acquistare uno di questi strumenti di solito sono saggi nel ricercare le opzioni disponibili e considerare attentamente le loro esigenze prima di effettuare un investimento.
Caratteristiche fisiche
Un tipico oscilloscopio è una scatola rettangolare con un piccolo schermo, numerosi connettori di ingresso e manopole di controllo e pulsanti sul pannello frontale. Una griglia chiamata reticolo sulla parte anteriore dello schermo aiuta con la misurazione. Ogni quadrato nel reticolo è noto come divisione. Il segnale da misurare viene inviato a uno dei connettori di ingresso, che di solito è un connettore coassiale che utilizza un cavo elettrico o altro cablaggio. Se la sorgente del segnale dispone di un proprio connettore coassiale, potrebbe essere sufficiente un semplice cavo coassiale; in caso contrario, potrebbe essere necessario un cavo specializzato chiamato “sonda per oscilloscopio”, sebbene in questi casi la sonda venga solitamente fornita con il dispositivo.
Funzionalità di base
Nella sua modalità più semplice e basilare, il dispositivo disegna una linea orizzontale chiamata traccia attraverso il centro dello schermo da sinistra a destra che si riferisce ai suoni ascoltati e assorbiti. Uno dei controlli, il controllo della base dei tempi, imposta la velocità con cui viene disegnata la linea. Di solito è calibrato in secondi per divisione. Se la tensione di ingresso si discosta da zero, la traccia viene deviata verso l’alto o verso il basso. Un altro controllo, il controllo verticale, imposta la scala della deflessione verticale ed è calibrato in volt per divisione. La traccia risultante è un grafico della tensione in funzione del tempo, con il passato più recente a sinistra, il passato meno recente a destra.
Quando il segnale in ingresso è noto come “periodico”, di solito è possibile ottenere una semplice traccia impostando la base dei tempi in modo che corrisponda alla frequenza del segnale in ingresso. Ad esempio, se il segnale di ingresso è un’onda sinusoidale di 50 Hz, il suo periodo è di 20 ms, quindi la base dei tempi deve essere regolata in modo che il tempo tra le successive scansioni orizzontali sia di 20 ms. Questa modalità è chiamata scansione continua. Il difetto di questo è che la base dei tempi principale dello strumento di solito non è perfettamente accurata e la frequenza del segnale di ingresso non è solitamente perfettamente stabile; di conseguenza, la traccia potrebbe spostarsi sullo schermo, il che può rendere difficili le misurazioni.
Capire l’attivazione
Questi dispositivi in genere hanno una funzione chiamata “trigger” che aiuta a fornire una traccia più stabile. In sostanza, il trigger fa mettere in pausa l’oscilloscopio dopo aver raggiunto il lato destro dello schermo, dove attende un evento specificato prima di tornare al lato sinistro dello schermo e tracciare la traccia successiva. L’effetto è una risincronizzazione della base dei tempi al segnale di ingresso, che impedisce la deriva orizzontale. I circuiti trigger consentono la visualizzazione di segnali non periodici come impulsi singoli, nonché segnali periodici come onde sinusoidali e onde quadre.
I tipi di trigger includono:
trigger esterno, un impulso da una sorgente esterna collegata a un ingresso dedicato sull’oscilloscopio;
trigger di fronte, un rilevatore di fronte che genera un impulso quando il segnale di ingresso attraversa una tensione di soglia specificata in una direzione specificata;
trigger video, un circuito che estrae gli impulsi di sincronizzazione da formati video come PAL e NTSC e attiva la base dei tempi su ogni riga, una riga specificata, ogni campo o ogni fotogramma; e
trigger ritardato, che attende un tempo specificato dopo un trigger edge prima di avviare lo sweep.
Segnali esterni e canali di ingresso
La maggior parte dei dispositivi consente inoltre agli utenti di bypassare la base dei tempi e inviare un segnale esterno all’amplificatore orizzontale. Questa è chiamata modalità XY ed è utile per visualizzare la relazione di fase tra due segnali, come potrebbe essere fatto nell’ingegneria radiotelevisiva. Quando i due segnali sono sinusoidi di frequenza e fase variabili, la traccia risultante è chiamata curva di Lissajous.
Alcuni oscilloscopi dispongono di cursori, ovvero linee che possono essere spostate sullo schermo per misurare l’intervallo di tempo tra due punti o la differenza tra due tensioni. La maggior parte dei dispositivi ha anche due o più canali di ingresso, che consente loro di visualizzare più di un segnale di ingresso sullo schermo in un dato momento. Di solito hanno un set separato di controlli verticali per ogni canale, ma solo un sistema di attivazione e una base dei tempi.
Varietà speciali
Un dispositivo a doppia base dei tempi ha due sistemi di attivazione in modo che due segnali possano essere visualizzati su diversi assi temporali. Questa è anche nota come modalità di “ingrandimento”. L’utente prima intercetta il segnale desiderato utilizzando un’impostazione di trigger adatta. Quindi abilita la funzione di ingrandimento, zoom o doppia base dei tempi e può spostare una finestra per esaminare i dettagli del segnale complesso.
A volte l’evento che l’utente desidera vedere può verificarsi solo occasionalmente. Per catturare questi eventi, alcuni oscilloscopi sono “scopi di archiviazione” che conservano la scansione più recente sullo schermo. Alcuni modelli digitali possono eseguire la scansione a velocità fino a una volta all’ora, emulando un registratore a strisce. Cioè, il segnale scorre sullo schermo da destra a sinistra.