Un oscilloscopio , o oscillografo , è uno strumento di misura destinato a visualizzare un segnale elettrico , molto spesso variabile nel tempo. Viene utilizzato da molti scienziati per visualizzare tensioni elettriche o varie altre grandezze fisiche precedentemente trasformate in tensione tramite un opportuno convertitore o sensori. La curva di rendering di un oscilloscopio è chiamata oscillogramma.
In genere si distingue tra oscilloscopi analogici che utilizzano direttamente un multiplo della tensione di ingresso per produrre la deviazione dello spot e oscilloscopi digitali che trasformano, prima di ogni elaborazione, la tensione di ingresso in un numero. Il display viene ricostruito dopo il fatto. Diventa quindi una funzione ausiliaria del dispositivo che può anche esserne sprovvisto, la visualizzazione del segnale essendo eseguita da un computer esterno collegato all'oscilloscopio.
Questo tipo di dispositivo è in via di obsolescenza perché generalmente consente solo l'osservazione di tensioni periodiche . Viene sempre più sostituito dagli oscilloscopi digitali.
Questo paragrafo descrive solo le informazioni generali relative alle calibrazioni di tensione e alla base dei tempi di un oscilloscopio analogico.
Il segnale da misurare viene visualizzato su un tubo a raggi catodici generalmente verde . La traccia dell'oscilloscopio è determinata da due componenti: una orizzontale e una verticale.
La modalità XY consente, tra l'altro:
La base dei tempi è caratterizzata da una tensione a dente di sega applicata alle due piastre verticali (vedi diagramma). Allo stesso tempo, il cannone elettronico proietta un fascio di elettroni tra le due piastre (la densità del fascio corrisponde all'intensità della luce):
Analogamente a quanto avviene per la base tempi, la visualizzazione della tensione applicata all'ingresso dell'oscilloscopio da parte dell'utente avviene tramite le piastre orizzontali (vedi diagramma) che deviano verticalmente la traiettoria degli elettroni.
La posizione dell'ordinata dipende direttamente dalla tensione applicata dall'utente. Poiché la base dei tempi funziona continuamente, la tensione di ingresso (precedentemente amplificata) cambia nel tempo.
Quando si utilizzano oscilloscopi alimentati dalla rete elettrica che si desidera visualizzare, possono presentarsi vari problemi:
Per evitare questi guasti si possono utilizzare oscilloscopi con ingressi differenziali integrati, oppure utilizzare una o più sonde differenziali . Lo scopo di questi dispositivi sarà quello di garantire l'isolamento galvanico ( ad esempio con optoaccoppiatori ) tra i diversi potenziali di misura sul circuito ei potenziali dell'oscilloscopio (ingresso e massa).
A differenza dei modelli analogici, il segnale da visualizzare viene preventivamente digitalizzato da un convertitore analogico-digitale (interfaccia A/D). La capacità del dispositivo di visualizzare un segnale ad alta frequenza senza distorsioni dipende dalla qualità di questa interfaccia.
Le principali caratteristiche di cui tenere conto sono:
Il dispositivo è accoppiato a memorie che consentono di memorizzare questi segnali e ad un certo numero di unità di analisi ed elaborazione che consentono di ottenere numerose caratteristiche del segnale osservato:
Gli oscilloscopi digitali hanno ormai completamente soppiantato i predecessori analogici, grazie alla loro maggiore portabilità, facilità d'uso e, soprattutto, minor costo.
Il computer ha permesso la miniaturizzazione degli oscilloscopi. Alcuni modelli, delle dimensioni di un pacchetto di sigarette, hanno solo una connessione USB e due connettori BNC (per i segnali di ingresso ). Il display , le comunicazioni Andes e Food (USB) avvengono esclusivamente dal computer ( laptop , tablet ...) a cui sono collegati. Produttori come la tecnologia Pico (con picoscopi), Red Pitaya o Digilent, offrono questo tipo di soluzione.