Che cos'è un oscilloscopio?

Un tipico oscilloscopio è una scatola rettangolare con un piccolo schermo, numerosi connettori di ingresso e manopole e pulsanti di controllo sul pannello frontale. Per facilitare la misurazione, sulla griglia dello schermo viene disegnata una griglia chiamata reticolo. Ogni quadrato nel reticolo è noto come una divisione. Il segnale da misurare viene inviato a uno dei connettori di ingresso, che di solito è un connettore coassiale come un tipo BNC o N. Se la sorgente del segnale ha il proprio connettore coassiale, viene utilizzato un semplice cavo coassiale; in caso contrario, viene utilizzato un cavo specializzato chiamato sonda oscilloscopio, fornito con l'oscilloscopio.

Nella sua modalità più semplice, l'oscilloscopio disegna ripetutamente una linea orizzontale chiamata traccia attraverso il centro dello schermo da sinistra a destra. Uno dei controlli, il controllo della base dei tempi, imposta la velocità con cui viene disegnata la linea ed è calibrato in secondi per divisione. Se la tensione di ingresso parte 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 rispetto al tempo (il presente tracciato in una posizione variabile, il passato più recente a sinistra, il passato meno recente a destra).

Se il segnale di ingresso è periodico, è possibile ottenere una traccia quasi stabile semplicemente impostando la base dei tempi in modo che corrisponda alla frequenza del segnale di 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 tale che il tempo tra le successive spazzate orizzontali sia di 20 ms. Questa modalità è denominata scansione continua. Sfortunatamente, la base dei tempi di un oscilloscopio non è perfettamente precisa e la frequenza del segnale di ingresso non è perfettamente stabile, quindi la traccia scorrerà attraverso lo schermo rendendo difficili le misurazioni.

Per fornire una traccia più stabile, un oscilloscopio ha una funzione chiamata trigger. Ciò provoca la sospensione dell'ambito dopo aver raggiunto il lato destro dello schermo e attendere un evento specificato prima di tornare al lato sinistro dello schermo e disegnare la traccia successiva.

L'effetto è risincronizzare la base dei tempi con il segnale di ingresso, impedendo la deriva orizzontale della traccia. I circuiti di trigger consentono la visualizzazione di segnali nonperiodici come impulsi singoli, nonché di segnali periodici come onde sinusoidali e quadrate.

I tipi di trigger includono:

• trigger esterno, un impulso proveniente da una fonte esterna collegata a un ingresso dedicato sull'oscilloscopio.
• edge trigger, un edge-detector 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 frame. Questo circuito si trova in genere in un dispositivo di monitoraggio della forma d'onda.
• trigger ritardato, che attende un tempo specificato dopo un trigger di fronte prima di iniziare lo sweep. Nessun circuito di trigger agisce istantaneamente, quindi c'è sempre un certo ritardo, ma un circuito di ritardo di trigger estende questo ritardo a un intervallo noto e regolabile.

La maggior parte degli oscilloscopi consente anche di bypassare la base dei tempi e immettere un segnale esterno nell'amplificatore orizzontale. Questa è chiamata modalità XY ed è utile per visualizzare la relazione di fase tra due segnali, che viene comunemente eseguita nell'ingegneria della radio e della televisione. Quando i due segnali sono sinusoidi di frequenza e fase variabili, la traccia risultante viene chiamata curva di Lissajous.

Alcuni oscilloscopi hanno cursori, che sono 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 degli oscilloscopi ha due o più canali di ingresso, consentendo loro di visualizzare più di un segnale di ingresso sullo schermo. Di solito l'oscilloscopio ha un set separato di controlli verticali per ciascun canale, ma solo un sistema di trigger e una base dei tempi.

Un oscilloscopio a doppia base dei tempi ha due sistemi di innesco in modo che due segnali possano essere visualizzati su diversi assi del tempo. Questa è anche conosciuta come modalità di "ingrandimento". L'utente intrappola il segnale complesso desiderato utilizzando un'impostazione di trigger adatta. Quindi abilita la funzione "ingrandimento", "zoom" o "doppia base dei tempi" e può spostare una finestra per vedere i dettagli del segnale complesso.

A volte l'evento che l'utente vuole vedere può accadere solo occasionalmente. Per rilevare questi eventi, alcuni oscilloscopi sono "ambiti di memorizzazione" che preservano la scansione più recente sullo schermo.

Alcuni oscilloscopi digitali possono spazzare a una velocità lenta come una volta all'ora, emulando un registratore a strisce. Cioè, il segnale scorre sullo schermo da destra a sinistra. La maggior parte degli oscilloscopi elaborati passa da una modalità sweep a una modalità a diagramma a strisce in circa una scansione ogni dieci secondi. Questo perché altrimenti l'ambito sembra rotto: sta raccogliendo dati, ma il punto non può essere visto.