oscilloscopio

Materie:Altro
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Testo

STRUMENTI ED APPARECCHIETURE UTILIZZATE
CADET ELICAD02;
MULTIMETRO ASITA MD490;
INTEGRATO 74LS00;
RESISTENZA VARIABILE DA 22 KΩ, 10 KΩ;
OSCILLOSCOPIO ELI-OSC-03;
GENERATORE DI FUNZIONI ELI-GV-03;
PORTA CMOS 4009.

RELAZIONE:
La relazione si compone in quattro parti, tre di prova effettiva ed una d’esercitazione con l’oscilloscopio, difatti lo scopo della prova è sia l’analisi del comportamento di un integrato 74LS00, sia introdurre l’utilizzo dell’oscilloscopio.
1) La prima parte della prova è dedicata allo studio della tensione e della corrente in rapporto al livello logico d’entrata o d’uscita che vogliamo analizzare.
Per convenzione a livello logico 1 corrispondono 5V, nonché livello logico alto(H); a livello logico 0 corrisponde la massa, perciò livello logico basso(L). Questa convenzione vale per la prima e per la seconda parte di prova.
Nel primo caso si vuole misurare la tensione in uscita di una porta nand dell’integrato in analisi 74LS00.
Entrando una volta a livello logico 1 e l’altra a livello 0, avendo una sola entrata la porta nand si comporta come una not, perciò invertirà il segnale, facendo entrare 5V ne avremo in uscita 0,17V, entrando a livello logico 0 otterremo un uscita di 4,07V.
Nel secondo caso vogliamo vedere la situazione opposta, fissiamo la tensione e misuriamo il livello logico d’uscita della stessa. Colleghiamo un trimmer da 10 kΩ in parallelo con un multimetro (voltmetro), dopodiché regolando il trimmer ottengo il valore di tensione richiesto da tabella, cortocircuito le due entrate dell’integrato, le collego al parallelo e poi rilevo il livello logico d’uscita tramite un CADET. Noto che si mantiene su un livello alto fino a 0,8 V, dopodiché il livello diventa basso. Per cui la porta in questione ancora una volta si comporta da invertente.
Nel terzo e quarto caso misuro la corrente in entrata, con un cavo collego un’entrata a massa, l’altra la collego da prima a livello0 poi a livello 1 e misuro la corrente circolante in questa entrata. Nel primo caso(0) rilevo una corrente di 0.14mA, nel secondo di 0.2nA.
Da questa prima parte di prova posso affermare che l’integrato in questione funzione correttamente, in quanto(primi due casi) fornendo una sola entrata(o cortocircuitandole) la porta nand si trasforma in porta not, mentre negli altri due casi aventi due entrate distinte si comporta giustamente da nand.
2) Nella seconda parte della prova analizzo lo stesso integrato nel primo caso, lavorando in uscita a livello alto, riproducendo il circuito sul CADET come da figura, regolando il trimmer in modo da ottenere la corrente espressa in tabella, misuro la tensione in uscita. Lo stesso nel caso successivo, solo lavorando a livello logico0.
3) La terza parte di prova si avvale dell’uso dell’oscilloscopio.
Con l’utilizzo di un generatore di funzione riproduco un certo tipo d’onda con un dato valore di frequenza, riportati nella scheda3, e la visualizzo sull’oscilloscopio. Per svolgere l’ultimo punto mi avvalgo dell’uso di un cadet per inviare il segnale d’uscita di una porta nand all’oscilloscopio.
4) Nella quarta ed ultima parte bisognava visualizzare e calcolare il ritardo di propagazione della porta Cmos4009.
Ciò comporta misurare sia il tplh sia il tthl, ovvero il ritardo di propagazione nella transizione dal livello basso a quello alto, mentre con tthl viene indicato il tempo di transizione dal livello alto a quello basso, in pratica rappresenta il tempo necessario all’onda per passare dal 90% al 10% e viceversa.
Questi due parametri hanno una variazione standard, determinata a seconda della porta in analisi. Nel nostro caso il tplh standard è compreso tra 15µs e 70µs, mentre il tthl tra50µs e 120µs.
Questi valori si determinano con una formula: divisioni*tempo/zoom.
I risultati dei due casi sono: tplh 40µs, tthl 16µs.
Il primo risultato rispecchia il valore standard, mentre il secondo è fuori scala, con ciò non possiamo affermare che la prova è fallita, ma più che altro possiamo dire che si tratti di un errore sistematico, in cui la colpa è da attribuire alla strumentazione.
possiamo ritenere che la prova è stata effettuata correttamente, e che ha portato ai risultati desiderati, salvo in un’occasione in cui non si può attribuire errore. Per concludere la prova e per capire meglio il significato descriverò il funzionamento dell’oscilloscopio, poiché esso è parte integrante della prova.
L’oscilloscopio ci permette di visualizzare l’andamento nel tempo di segnali elettrici, o di qualsiasi grandezza fisica opportunamente convertita in segnale elettrico per mezzo di uno specifico trasduttore.
L’elemento fondamentale dell’oscilloscopio è il tubo catodico, detto anche CRT (Catode Ray Tube = tubo a raggi catodici), costituito da un’ampolla di vetro entro la quale è stato fatto il vuoto spinto, cioè è stata tolta tutta l’aria.
Al suo interno è presente, ad un estremo, il cannone elettronico subito seguito dalle lenti di focalizzazione, quindi dalle placche di deflessione verticali e orizzontali, mentre all’altra estremità vi è lo schermo sul quale si formano le immagini.

Tra il catodo, che corrisponde al cannone elettronico, e l’anodo che si trova sullo schermo, è applicata una d.d.p. (EAT) di circa 15 KV in continua che è ricavata dalla tensione di rete alternata a 230 V, tramite il trasformatore di alimentazione, raddrizzata ed elevata da un dispositivo moltiplicatore di tensione fatto a diodi e condensatori.
Il catodo, costituito da un cilindretto di nickel, coperto esternamente da una vernice in grado di emettere elettroni se riscaldato, è cavo, ed al suo interno c’è un vermiglione di tungsteno, alimentato a 6,3 V dal trasformatore di alimentazione, che diventa incandescente.
Il cilindretto, riscaldato indirettamente dal vermiglione, emette elettroni che vengono controllati da un cilindro cavo più grande, detto cilindretto di WEHNELT.
Gli elettroni, uscendo sotto forma di fascio da un foro, vengono focalizzati da un sistema di due o tre lenti elettroniche determinando un puntino luminoso sullo schermo dove si trova l’anodo
Il pennello elettronico, così venutosi a formare, può essere deflesso da un sistema di placche di deflessione orizzontali e verticali costituite da coppie di superfici metalliche caricate con una d.d.p. bilanciata rispetto a massa dell’ordine delle centinaia di Volt.

Il pennello, costituito da elettroni, cioè da cariche elettriche negative, è attratto dalla placca a potenziale positivo e respinto da quella a potenziale negativo e devia dalla traiettoria rettilinea secondo lo schema.
Quando il pennello elettronico arriva sullo schermo, attratto dal potenziale positivo dell’anodo, colpisce una superficie interna coperta di sostanze fluorescenti, le quali, emettono luce che appare all’esterno del tubo.
Applicando alle placche di deflessione orizzontale un segnale elettrico a dente di sega, il pennello elettronico viene deviato da sinistra a destra lentamente e, una volta arrivato all’estrema destra, ritorna rapidamente a capo e così via, determinando sullo schermo l’immagine di una riga luminosa orizzontale.
Per evitare di vedere la traccia di ritorno, l’oscillatore a dente di sega genera anche un segnale impulsivo di valore negativo, detto di BLANKING, in corrispondenza della discesa improvvisa del dente di sega, che, applicato al cilindro di Wehnelt lo interdice spegnendo la traccia di ritorno.
La frequenza dell’OSCILLATORE A DENTE DI SEGA è regolata a scatti, da una manopola TIME/DIV che consente di visualizzare segnali a frequenza molto diversa fra loro.
La manopola INTENSITY agisce sul potenziale negativo del cilindretto di Wehnelt nel senso che rendendolo ancor più negativo interdice il pennello elettronico che riducendosi di intensità rende meno luminoso lo schermo o viceversa.
La manopola FOCUS agisce invece sul potenziale della lente elettronica consentendo una migliore messa a fuoco dell’immagine sullo schermo.
La formazione dell’immagine sullo schermo è dovuta all’applicazione del segnale all’amplificatore verticale mentre il dente di sega deflette il pennello in orizzontale, ottenendo dalla composizione delle due deflessioni, l’immagine del segnale richiesta.
Pur avendo due canali, gli oscilloscopi, di solito hanno un solo cannone elettronico che alternativamente determina le due tracce sullo schermo descrivendone prima una e poi l’altra senza che l’occhio per la rapidità con cui ciò avviene, se ne possa accorgere.
Un normale oscilloscopio consente la visione di segnali fino a 30, 50, 60 o, al massimo, 100 MHz.
L’impedenza di ingresso degli oscilloscopi è di 1 MΩ.
Quelli da 100 MHz prevedono anche un ingresso a 50Ω.
Esiste infine un tipo, pochissimo diffuso, detto CAMPIONATORE, che con la tecnica del campionamento, consente di vedere segnali fino al Gigahertz

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