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OSCILLOSCOPIO
Il sogno di tanti appassionati di elettronica è quello di riuscire un giorno
a dotare il proprio laboratorio di un oscilloscopio e magari di un analizza-
tore di spettro, anche se pochi possono permettersi di farlo, dato il loro
costo proibitivo. Con il software Visual Analyser che vi presentiamo, cor-
redato di un opportuno circuito di interfaccia USB, sarete in grado di tra-
sformare il vostro personal computer in un oscilloscopio a due canali e in
un analizzatore di spettro in grado di lavorare in una gamma di frequen-
za compresa tra 10 Hz e 20 KHz. Come se non bastasse, oltre all’oscillo-
scopio e all’analizzatore di spettro, avrete a disposizione un frequenzi-
metro di precisione, un voltmetro ed un generatore BF.
Se chiedeste ad un appassionato di elettronica qual
è lo strumento di misura che più di ogni altro vor-
rebbe avere a disposizione nel proprio laboratorio,
con ogni probabilità vi risponderebbe: “l’oscillo-
scopio”.
Qualcuno più ambizioso, poi, potrebbe anche az-
zardare il desiderio di entrare in possesso di un
a-
nalizzatore di spettro.
Il grande interesse che questi strumenti suscitano
nella moltitudine di persone che hanno la passio-
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ne dell’elettronica è dato dal fatto che, oltre a con-
sentire di effettuare misure molto precise dei feno-
meni elettrici, si rivelano praticamente insostituibili
perchè permettono letteralmente di “vedere” quel-
lo che succede all’interno di un circuito.
E questa prerogativa risulta spesso determinante,
se si vuole comprendere appieno il funzionamento
di un circuito elettronico.
Come tutti sanno, con l’oscilloscopio è possibile
.
visualizzare
sullo schermo segnali elettrici di qual-
siasi forma e di brevissima durata e valutarne con
precisione l’andamento, l’ampiezza e il
decorso
nel tempo.
L’analizzatore di
spettro
permette invece di
scomporre
un segnale
periodico
nelle sue diver-
se
componenti
secondo la trasformata di
Fourier,
individuando la frequenza
fondamentale
e le va-
rie
armoniche
che lo compongono.
Con questi due strumenti è possibile indagare in
profondità nel funzionamento di qualsiasi dispositi-
vo elettronico, eseguendo una serie davvero ster-
minata di interessantissime misure.
Il problema nasce dal fatto che sono ancora pochi
coloro che possono permettersi il lusso di acquista-
re strumenti di questo tipo, visto l’uso
hobbistico
e
saltuario
a cui sono destinati, e chi non ha la fortu-
na di riuscire ad accaparrarsene uno in un mercati-
no dell’usato oppure in qualche asta on line, si vede
nella maggior parte dei casi costretto a rinunciare.
Ed è un vero peccato, perché un
oscilloscopio
o
un
analizzatore
di
spettro,
oltre a risultare indi-
spensabili in campo
professionale,
possono es-
sere di grande aiuto anche per chi muove i
primi
passi
nell’elettronica, perché danno la possibilità
di appagare tante curiosità e di comprendere me-
glio molti fenomeni, aiutando ad evolvere rapida-
mente nella propria conoscenza.
Da un po’ di tempo stavamo valutando la possi-
bilità di realizzare un progetto che consentisse,
ad un costo ragionevole, a tanti appassionati di
elettronica di tradurre in realtà il loro sogno, e
l’occasione ci è stata offerta recentemente dalla
“rete”.
Navigando in Internet, infatti, ci siamo imbattuti nel
software “Visual
Analyser”,
realizzato dall’Ing.
Al-
fredo Accattatis,
del
Dipartimento
di
Ingegneria
Elettronica – Gruppo Misure
dell’Università
Tor
Vergata
di
Roma
(www.simplify.it)
Questo software, messo dal suo autore a disposi-
zione
gratuitamente
di chiunque desideri scaricar-
lo da Internet, ci è sembrato molto interessante,
perché permette di trasformare il vostro
personal
e
A
nalizzatore di spettro per
PC
Fig.1 Con il software Vi-
sual Analyser avrete a
disposizione sul vostro
personal computer due
strumenti con i quali
potrete eseguire inte-
ressanti misure e cioè
un oscilloscopio e un
analizzatore di spettro
operanti all’interno del-
la banda audio. Con lo
stesso software potre-
te inoltre usufruire di
un voltmetro, di un fre-
quenzimetro e di un
preciso generatore BF.
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Fig.2 Installando sul vostro personal computer il software “Visual Analyser” e colle-
gando alla sua presa USB la scheda interfaccia LX.1690, potrete visualizzare diretta-
mente sul video del pc l’andamento di qualsiasi segnale elettrico, come se si trattas-
se dello schermo di un oscilloscopio. Avrete inoltre a disposizione un secondo
schermo, sul quale comparirà lo spettro del segnale.
Fig.3 Prima di eseguire le misure, dovrete procedere alla calibrazione della scheda di
interfaccia tramite un segnale sinusoidale di ampiezza nota. Per effettuare questa
operazione dovrete collegare all’ingresso del canale A della scheda LX.1690 l’uscita
della scheda LX.1691, sulla quale è presente un segnale sinusoidale di frequenza pa-
ri a circa 1.200 Hz e di ampiezza costante e pari a 1 Volt picco/picco.
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Fig.4 Il programma Visual Analyser contiene due generatori BF in grado di erogare di-
verse forme d’onda e due tipi di rumore elettronico (bianco e rosa). Per visualizzare
sullo schermo dell’oscilloscopio il segnale prelevato dal generatore del VA potrete col-
legare l’uscita 1 della scheda LX.1690 al BNC di ingresso corrispondente al canale A.
Non dimenticate di impostare l’attenuatore di ingresso in posizione x1.
Fig.5 Con il software Visual Analyser e la scheda interfaccia LX.1690 potrete divertirvi a
compiere numerose interessanti misure nel campo della bassa frequenza. Ad esempio, col-
legando l’uscita 1 della scheda interfaccia all’ingresso della scheda LX.1691B e l’uscita di
quest’ultima all’ingresso A della scheda LX.1690, potrete misurare la risposta in frequenza
di un filtro passa banda, verificando le frequenze di taglio e la sua banda passante.
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computer
nientemeno che in un
oscilloscopio
doppia traccia
ed in un
analizzatore
di
spettro.
Il “trucco”, se così si può dire, consiste nell’utiliz-
zare la
scheda audio
che è già presente all’inter-
no del pc, oppure una eventuale scheda audio
ad-
dizionale.
Poiché la scheda audio nasce già per effettuare la
conversione in formato
digitale
del segnale
ana-
logico
proveniente da una sorgente audio esterna,
ad esempio un
microfono
collegato all’ingresso
Line in
della scheda, ecco che, elaborando op-
portunamente tramite un apposito
software
il se-
gnale così digitalizzato, è possibile
visualizzarlo
sullo schermo del
pc
come se si trattasse di un ve-
ro
oscilloscopio.
Con il software è possibile anche ricreare virtual-
mente sullo schermo tutti i
comandi
presenti sul
pannello di questo strumento, riproducendo fedel-
mente le sue diverse funzioni, come la
base
dei
tempi,
il
trigger,
ecc.
E visto che il segnale è già disponibile in forma di-
gitale, se ne può fare in qualunque momento il
sal-
vataggio
in un file dell’hard
disk,
in modo da
ri-
produrlo
successivamente a proprio piacimento.
Per mezzo di un software altrettanto sofisticato il
segnale in ingresso può essere anche scomposto
nelle sue diverse
componenti,
secondo la
tra-
sformata
di
Fourier,
(più precisamente tramite la
FFT,
cioè la
Fast Fourier Transform),
passando dal
dominio del
tempo
al dominio delle
frequenze,
e
realizzando così un preciso
analizzatore
di
spettro.
E la cosa non si ferma qui.
Quando utilizziamo il computer per la riproduzione
musicale di un
cd audio
oppure di un filmato su
dvd,
la scheda audio esegue una
conversione
D/A,
trasformando il segnale
digitale
memorizza-
to sul
cd
in un segnale
analogico
che viene poi
reso disponibile sull’uscita
Line out
della scheda
audio, per essere inviato ad un amplificatore e ad
un sistema di riproduzione sonora.
Lo stesso procedimento può essere utilizzato per
generare via software un segnale elettrico di
for-
ma
e
frequenza
desiderata, consentendo di rea-
lizzare in questo modo anche un
generatore BF
di
buona qualità.
A completare questo vero e proprio “laboratorio
di misura su pc”,
sono disponibili inoltre un
volt-
metro
ed un
frequenzimetro
digitale.
Tutto questo all’interno della
banda audio,
nell’am-
bito di valori di frequenza compresi tra
10 Hz
e
20
KHz,
più che sufficienti per effettuare tutte le misure
possibili e immaginabili su
amplificatori hi-fi, filtri,
80
oscillatori, casse acustiche
e più in generale su tut-
ti i dispositivi che lavorano in bassa
frequenza.
E poiché potrebbe sussistere il timore di
danneg-
giare
il computer collegando il suo ingresso audio
ad un circuito elettronico, abbiamo realizzato una
scheda
di
interfaccia
dotata del
convertitore U-
SB PCM 2902,
in grado di svolgere le stesse fun-
zioni della
scheda audio
posta all’interno del
pc.
In questo modo il circuito di misura vero e proprio
viene realizzato all’esterno, svincolandosi comple-
tamente dal personal computer, che viene utilizza-
to unicamente per elaborare i
dati
trasmessi dall’in-
terfaccia attraverso il collegamento sulla
porta USB.
Con questo accorgimento, anche se all’ingresso
della scheda di interfaccia venisse applicato per er-
rore un livello di tensione troppo
elevato,
non si ri-
schierebbe di danneggiare in alcun modo il perso-
nal computer.
Sulla stessa scheda poi sono previsti
due com-
mutatori
a
tre posizioni, x1-x10-x100,
uno per
ciascun
canale
di ingresso dell’oscilloscopio, che
hanno la stessa funzione degli
attenuatori
della
tensione di ingresso siglati
Volt/div,
posti sull’o-
scilloscopio.
La scheda prevede inoltre un circuito di
ingresso
adattatore di impedenza, dotato di un amplificato-
re a
guadagno unitario
e di un
filtro passa bas-
so,
che consente di misurare tensioni comprese fra
qualche decina di
milliVolt
e un
centinaio
di
Volt.
Sulle
uscite
della scheda di interfaccia sono pre-
senti due
filtri passa basso,
collegati in cascata,
che hanno il compito di
ripulire
il segnale di usci-
ta del
generatore BF
ed un circuito squadratore in
grado di generare un perfetto segnale ad
onda
quadra.
Il
circuito
di
alimentazione,
ricavato sulla scheda,
permette inoltre di elevare l’ampiezza del segnale
sinusoidale
o
triangolare
in uscita dal generato-
re
BF
ad un valore compreso tra
0
e
14 Volt pic-
co/picco
e di generare un segnale ad
onda qua-
dra
compreso tra
0
e
+5 Volt,
livelli di tensione
più che sufficienti per eseguire un vasto campo di
misure.
Uno dei vantaggi principali del software potrete ap-
prezzarlo voi stessi, e consiste nella sua estrema
semplicità.
Pur non sacrificando nulla alla funzionalità, infatti,
il suo autore è riuscito a realizzare su strumenti co-
sì complessi come l’oscilloscopio e in particolare
sull’analizzatore
di spettro
una presentazione
grafica talmente accattivante da risultare di facile
comprensione e di uso immediato anche per colo-
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