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Imparare a distinguere e gestire le forme d'onda di tensione

 
 

  

Nel seguente articolo vogliamo introdurvi nel mondo dell'elettronica presentando le principali forme d'onda utilizzate e guidarvi nella loro lettura/identificazione. Lo strumento che viene utilizzato per lo studio ed analisi delle forme d'onda è l'oscilloscopio, il quale presenta (a seconda della tecnologia adottata) un display suddiviso in riquadri (dette divisioni) dove viene proiettato l'andamento nel tempo dell'onda.

Le principali tipologie di onda utilizzate sono: quadra, triangolare, sinusoidale e a dente di sega.

Come mostrano le immagini sopra riportate notiamo che l'intero grafico è suddiviso in divisioni. Noi, intesi come utenti davanti ad un oscilloscopio, possiamo selezionare la scala con la quale la forma d'onda viene rappresentata; ovvero possiamo decidere la scala, il valore di ogni singola divisione. I grafici proposti sono semplicemente dei piani cartesiani dove sull'asse delle ascisse (asse X) troviamo il tempo, mentre sull'asse delle ordinate (asse Y) troviamo la tensione. Ciò significa che avremo una scala per le grandezze verticali (misurata in Volts/div, cioè volt su divisione) e una scala per il tempo (Time/div, cioè secondi su divisione). Basta quindi moltiplicare il numero di divisioni verticali (nel caso si voglia misurare la tensione) o orizzontali (nel caso in cui si voglia misurare il tempo) con la propria costante.

Vediamo un esempio pratico:

la forma d'onda proposta è un'onda quadra. Ogni divisione orizzontale vale 20 millisecondi, ogni divisione verticale 5 volt. Ecco quindi che analizzare i parametri di questa forma d'onda risulterà estremamente facile:

  • Periodo: Una grandezza elettrica (ad esempio la tensione) si dice periodica quando assume nuovamente gli stessi valori dopo un determinato intervallo di tempo, detto periodo. Quest'ultimo si indica con la lettera T e rappresenta il tempo che un'onda impiega a compiere un ciclo. Rappresentando un tempo, l'unità di misura è il secondo.

T = n°divisioni x time/div = 6 x 20 = 120 ms = 0,120 secondi

  • Frequenza: rappresenta quante volte la forma d'onda periodica si ripete in 1 secondo. Si indica con la lettera f e con unità di misura Heartz.

f = 1 / T = 1 / 0,120 =   8,333 Hz

  • Tensione picco-picco (ampiezza): Si intende la tensione tra il punto più alto e il punto più basso dell'onda. Si indica con Vp-p, ed essendo una tensione l'unità di misura è il volt.

Vp-p = n°divisioni x volt/div = 4 x 5 = 20 V

Vediamo ora un'altro esempio con una forma d'onda triangolare:

  • Periodo:  T = n°divisioni x time/div = 4 x 10 = 40 ms = 0,040 secondi
  • Frequenza:  f = 1 / T = 1 / 0,040 ms =   10 Hz
  • Tensione picco-picco (ampiezza):  Vp-p = n°divisioni x volt/div = 6 x 2 = 12 V

 

Nella pratica non esistono solo le divisioni, ma per una maggior precisione sono presenti anche delle suddivisioni solo sugli assi centrali X-Y. Ogni suddivisione ha un valore di 0,2 unità.

Ogni forma d'onda può inoltre avere la presenza (o meno) della componente continua, ovvero di una tensione continua costante nel tempo e diversa da zero che si somma alla nostra forma d'onda, alzandola o abbassandola rispetto la linea di riferimento 0 V. Ai fini pratici si tratta semplicemente di una traslazione verticale del segnale rispetto lo zero. Gli oscilloscopi infatti possiedono un selettore (indicato con AC - GND - DC) che permette la visione, o il filtraggio, di tale componente sul display. 

Definiamo ora le ultime tre grandezze principali:

  • Valore istantaneo: valore ben definito che può variare istante per istante
  • Valore medio: media matematica tra semionda positiva e semionda negativa. Le forme d'onda periodiche a valore medio nullo vengono dette alternate.