Come usare oscilloscopio

Se sei uno studente di elettronica o di elettrotecnica, se ami la tecnologia e vuoi cercare di scoprire il funzionamento degli apparecchi elettrici o se sei un tecnico che deve risolvere un problema e ha bisogno di strumenti affidabili e precisi, avrai sicuramente adocchiato un multimetro e, probabilmente, un oscilloscopio.

Questi marchingegni sono i migliori amici di ogni persona che deve analizzare il funzionamento di un sistema elettrico/elettronico, ma possono anche diventare i peggiori nemici. Sì perché si tratta di strumenti che spesso appaiono come anacronistici (specialmente quelli analogici), difficili da comprendere e con scarsi casi d'uso, fino a quella volta dove diventano indispensabili e nessuno sa che pesci pigliare.

In questa guida ho intenzione di mostrarti come usare oscilloscopio, portandoti nei meandri dei suoi utilizzi, delle sue funzioni e dei vari applicativi che può avere. Certo non potrò parlare di tutti questi casi ma, leggendo ciò che sto per scrivere, sicuramente riuscirai a capire i concetti base per poi applicarli al problema che ti trovi di fronte.

Indice

• Come funziona un oscilloscopio
• Come usare oscilloscopio digitale
• Come usare oscilloscopio analogico
• Come usare oscilloscopio per auto

Come funziona un oscilloscopio

Prima di buttarmi a parlare di modelli specifici, voglio parlare di ciò che è l'oscilloscopio nella sua essenza, altrimenti è inutile andare avanti se non hai compreso questo. L'oscilloscopio è un misuratore che serve per visualizzare la forma d'onda o un avvenimento specifico in un sistema.

Grazie, ma che vuol dire? Se non hai nozioni di elettronica o di elettrotecnica, sarà molto difficile per te capire le mie parole, quindi devo prima darti qualche base per iniziare. Come saprai la tensione elettrica di un sistema (ovvero il voltaggio) si divide in continua e alternata, con quest'ultima che ha una frequenza di oscillazione variabile in base al tipo di generatore e dal Paese in cui ci si trova. In Italia, la frequenza della rete elettrica è di 50 Hz, il che significa che la tensione alternata compie 50 cicli al secondo.

Questo vuol dire che, se visualizzata, questa tensione apparirà su uno schermo come una sinusoide che oscilla tra due punti (+/- 50 Hz) in modo costante nel tempo. L'oscilloscopio serve principalmente per andare a visualizzare questo, trasponendo sullo schermo qualcosa che, altrimenti, sarebbe solo pura teoria.

Questa è una funzione, ma non l'unica. Grazie a questo strumento è poi possibile andare a vedere quando avviene un determinato avvenimento sul circuito, come l'immissione di un segnale d'impulso che attiva un dato elemento. In linea di massima, queste sono le sue funzioni principali, le quali possono sembrare poca roba, ma sono in realtà punti cardine per uno studio di un sistema con delle avarie o che non fa quello per il quale è stato progettato.

Facendo un esempio, come (probabilmente) sai un impianto elettrico industriale può avere dei macchinari che generano correnti con dei disturbi, dette armoniche. Una corrente armonica può creare enormi problemi a un impianto, quindi deve essere opportunamente corretta, ma questo potrebbe non avvenire in modo adeguato.

Questo causerebbe dei disturbi sulla frequenza del tuo impianto, la quale non sarebbe più un'onda sinusoidale perfetta da +/-50 Hz, ma potrebbe diventare qualcos'altro. In questo caso, i macchinari inizierebbero ad avere problemi di varia natura, laddove sarebbe necessario andare a cercare il colpevole. Analizzando la frequenza della tensione tramite un oscilloscopio, potresti vedere che l'onda è sporca, disturbata e procedere poi alla risoluzione del problema. Senza oscilloscopio, dovresti andare per tentativi fino a scoprire casualmente il problema.

Questa è solo una delle tante situazioni in cui è fondamentale questo strumento, ma come funziona nello specifico? Esso si basa sull'impostazione di 4 parametri base, i quali permetteranno poi una corretta visualizzazione del suo segnale. Il tutto è basato sul sistema del piano cartesiano, con un parametro X e uno Y che ora andremo a vedere.

• Il parametro X — sull'asse delle X (ovvero quello che va verso destra) c'è il tempo e la relativa frequenza di campionatura del segnale nel tempo. Questo permette di visualizzare l'evoluzione dell'altro parametro nella sua evoluzione. Lo devi regolare in modo da avere una frequenza di campionamento coerente a ciò che vuoi visualizzare che, nel caso della corrente a 50 Hz (cioè che compie 50 onde al secondo), dovrà essere abbastanza basso da vedere un'onda completa o più onde insieme. Conta che, maggiore è la precisione, migliore sarà la definizione dell'immagine e quindi la tua capacità di cogliere eventi particolarmente brevi. Se hai una frequenza troppo bassa, potrai incappare in fenomeni di segnale fantasma (come un'onda perfetta anche se non lo è, per esempio) che potrebbero sviare la tua indagine.
• Il parametro Y — qui c'è la tensione V, ovvero il voltaggio che arriva al tuo sistema. Qui devi semplicemente impostare un valore congruo a ciò che andrai a misurare, quindi la tensione nominale del tuo impianto o il valore massimo del segnale.
• Il trigger — questo è un valore che è assolutamente rilevante in presenza di eventi d'impulso, meno se vuoi semplicemente visualizzare la forma d'onda. Si tratta infatti del valore di tensione dal quale verrà avviata la misurazione. Se, per esempio, devi verificare quando su un impianto arriva il tuo segnale di attivazione del sistema il quale è un impulso da 5 V. impostando questo come valore potrai vedere esattamente quando e se esce questo segnale. Se, sempre per esempio, tale impulso è solo di 4 V e il sistema non si avvia a causa di questo, tramite il trigger noterai facilmente che, il segnale aspettato, non è mai arrivato. In caso di visualizzazione d'onda, serve per decidere quale punto della medesima far avviare la visualizzazione, ma non è detto sia rilevante.
• Parametri di visualizzazione — dagli oscilloscopi leggermente meno antichi (dire moderni sarebbe eccessivo) fino a quelli attuali, è poi possibile regolare altri parametri di visualizzazione come la finestra temporale (muoverti avanti/indietro nel grafico), avere conteggi di impulsi, di frequenza e molto altro. Questo dipende da che macchinario usi.

Come usare oscilloscopio digitale

Passiamo ora all'azione e vediamo come usare l'oscilloscopio più moderno, ovvero quello digitale. Questo rimane comunque ancorato a quei punti fermi dei quali ti ho parlato prima, ma voglio darti qualche spiegazione in più su alcuni accorgimenti pratici che devi applicare per l'uso.

In primis partiamo dal collegamento dei puntalini dove, generalmente, ne dovrai usare due per controllare un canale. Per vedere un segnale (quindi un canale), collega il puntalino con la punta nel punto dove ti aspetti arrivi quel segnale, quindi sulla fase o prima dell'elemento che deve essere azionato dal segnale, poi collega il puntalino fatto a coccodrillo sulla terra. Questi vanno poi inseriti nell'ingresso chiamato CH1 (o similari) sul corpo dell'oscilloscopio.

Se non ti serve vedere un secondo segnale per la comparazione, non devi collegare nulla nel buco CH2. Ora attiva il sistema e regola le impostazioni di visualizzazione presenti sul corpo dell'oscilloscopio in modo tale che tu possa effettivamente visualizzare ciò che desideri.

A tal proposito, ci sono degli accorgimenti di buon senso da utilizzare. Come prima cosa, fai in modo da non utilizzare tutto lo spazio verticale (in modo tale che non venga tagliato parte del segnale), ma che sia abbastanza ingrandito in modo che l'onda possa utilizzare quasi tutto lo schermo. Se poi hai dubbi che ci possano essere altri segnali ad altre frequenze, fai un controllo cambiando la scala ma poi torna a una visualizzazione più ingrandita e chiara possibile.

Inoltre, sull'asse orizzontale, imposta un numero di campionature che sia almeno 2 o meglio 2,5 volte superiore alla frequenza. Se, per esempio, vuoi vedere l'onda di una tensione a 50 Hz, imposta una visualizzazione di almeno 100 o 125 campionature al secondo.

Da qui in avanti, tutto diventa situazionale e dipende da cosa devi misurare. Puoi dover impostare il segnale di trigger o meno, puoi doverti spostare nel tempo della visualizzazione (ove possibile), visualizzare valori di corrente e picco insieme a molte altre cose che, il tuo oscilloscopio o il tuo caso specifico, possono permetterti/richiederti o meno. Ovviamente io non ho queste informazioni così come non posso dirti le funzioni o la nomenclatura dei tasti sul tuo strumento, quindi dovrai essere tu a valutare queste cose.

Per approfondimenti ulteriori, ti rimando a Wikipedia.

Come usare oscilloscopio analogico

Se vuoi sapere come usare un oscilloscopio analogico, sappi che non ci sono grandi differenze rispetto ai modelli digitali, che tuttavia sono più ricchi di funzioni (e costosi) e permettono di analizzare in maniera approfondita il segnale con una facilità di cattura e memorizzazione dei dati maggiore. Qui ci sarà sempre un segnale d'ingresso sul quale andare a impostare la visualizzazione in base al caso specifico.

Cambierai la campionatura sulla frequenza e i massimi/minimi sul voltaggio, il che andrà a eseguire delle modifiche meccaniche sul tubo catodico che compone lo strumento ma a te cosa deve cambiare questo? Nulla, i valori visualizzati sono i medesimi. Quello che cambia sono le funzioni di messa a fuoco del segnale (puoi vedere l'onda più o meno a fuoco), cambiare l'intensità della luminosità dell'onda e avere qualche bottone in più qua e là, ma fanno tutti le stesse cose.

Una volta impostati i giusti parametri per la lettura, comparirà la tua onda sullo schermo, ma non c'è davvero nulla in più da spiegare.

Come usare oscilloscopio per auto

Se vuoi usare l'oscilloscopio applicato all'auto, la teoria è sempre la medesima. Tu vai a monitorare un segnale (o più segnali) tramite questo strumento. Puoi, per esempio, andare a verificare l'onda in uscita dall'alternatore per vedere se è compromessa (e così l'apparecchio) o se corretta.

Puoi andare a vedere il segnale in ingresso sugli iniettori per vedere se tutti ricevono corrente allo stesso modo, andando a utilizzare più canali in contemporanea. Puoi vedere il segnale al motorino d'avviamento o qualunque altro segnale elettrico che desideri, ma sempre con lo stesso principio di regolazione dei parametri in base a ciò che dovrai misurare.

Una volta impostato voltaggio e campionatura sulla frequenza corrette, l'onda o le onde appariranno sul tuo schermo indipendentemente dal modello di oscilloscopio o di auto in questione.

Autore

Salvatore Aranzulla

Salvatore Aranzulla è il blogger e divulgatore informatico più letto in Italia. Noto per aver scoperto delle vulnerabilità nei siti di Google e Microsoft. Collabora con riviste di informatica e cura la rubrica tecnologica del quotidiano Il Messaggero. È il fondatore di Aranzulla.it, uno dei trenta siti più visitati d'Italia, nel quale risponde con semplicità a migliaia di dubbi di tipo informatico. Ha pubblicato per Mondadori e Mondadori Informatica.