Funzionamento dell'oscilloscopio analogico.

E' importante che il tempo intercorso tra l'istante in cui il segnale attraversa il livello di trigger e quello in cui avviene l'acquisizione del segnale sia sempre lo stesso in ogni cattura, altrimenti si verifica un fenomeno di traslazione della traccia che prende il nome di jitter, come illustrato in figura:

Figure: jitter sullo schermo causato da variazioni di ritardo del circuito di trigger nella cattura del segnale.

Questo non è uno scorrimento, come nel caso di assenza di sincronismo, ma un'incertezza sul tempo di presentazione della traccia. E' un fenomeno che si presenta per segnali ``critici'', cioè segnali ricchi di armoniche a frequenza elevata e con transitori lunghi. Se si vuole visualizzare questa situazione; è importante che lo strumento sia privo di jitter. Questo fenomeno non può essere completamente eliminato ed è dunque indice della bontà dei componenti. Per questo si preferisce usare componenti che consentano globalmente allo strumento, di avere un buon comportamento nel tempo, evitando i fenomeni causati dal segnale ricco di armoniche a frequenza elevata. Le operazioni che avvengono nello strumento per il funzionamento del canale orizzontale sono:

1. il segnale d'ingresso, ad esempio sul vanale 1 (od A) dell'oscilloscopio, da cui si prende il segnale di sincronismo, interseca, ad un certo istante, il valore di trigger fissato, con la relativa pendenza e viene così generato l'impulso di trigger;
2. il segnale di trigger viene derivato e tagliato in modo da ottenere un impulso costituito da un fronte ripido di salita che innesca la generazione del segnale a rampa;
3. insieme al segnale di rampa parte il segnale di unblanking che accende il tubo a raggi catodici;
4. il segnale del canale verticale è passato alla linea di ritardo, si trova all'interno del segnale di rampa e può essere visualizzato completamente;
5. il segnale di hold-off è costituito da un livello che si mantiene basso per tutto il tempo dell'acquisizione e va alto alla fine del segnale di rampa per rendere impossibile un nuovo impulso di trigger finché il sistema non è pronto ad una nuova acquisizione.

Figure: Schema a blocchi dei circuiti per la generazione del segnale di trigger.

E' importante, nella catena di misura dell'oscilloscopio, la parte addetta alle abilitazioni della partenza del segnale di rampa, la quale è comandata dal segnale di trigger. Deve essere identificato e comparato il valore che il segnale in ingresso ha raggiunto. Analizzando la figura:

Figure: Schema a blocchi dei circuiti per la generazione del segnale di trigger.

dove:

• $V_{i}$ è il segnale in ingresso al canale verticale;
• $V_{l}$ è il segnale che rappresenta il livello di trigger ed è supposto privo di isteresi. Possono verificarsi due casi: nel primo, quello graficato, il segnale in ingresso viene invertito per cui il livello di trigger agisce su un segnale che è pari a $-V_{l}$, nel secondo lo stesso livello del trigger agisce su un segnale $V_{l}$;
• $V_{a}$ è il segnale d'uscita dallo stadio differenziale ed è:
  $$V_{a}=\pm V_{l}$$
  a seconda di come viene collegato l'ingresso dello stadio stesso;
• Lo stadio squadratore è composto da un circuito comparatore con isteresi quando l'uscita dello stadio differenziale è positiva, fornisce il livello massimo, mentre se l'uscita è negativa dà il livello minimo; in sostanza converte il segnale in ingresso in un'onda quadra;
• Lo stadio derivatore effettua la derivata del segnale proveniente dallo squadratore. In pratica l'uscita di questo stadio è sempre nulla quando un segnale continuo nel tempo viene applicato al suo ingresso;
• Il clipper taglia il segnale proveniente dallo stadio derivatore.

Il blocco fondamentale del circuito è il comparatore con isteresi per il quale si possono avere diverse realizzazioni. Quando l'uscita del comparatore è a livello basso, occorre superare il valore superiore del livello di trigger $V_{l}$ perchè avvenga il cambiamento dell'uscita al livello alto. Viceversa quando l'uscita è alta occore che il segnale sia minore al valore inferiore del livello di trigger. I due livelli di trigger sono separati da una tensione che è il $10\%\div30\%$ rispetto alla posizione di $\frac{V}{div}$ dell'amplificatore verticale. L'uso dell'isteresi, consente di avere dei cambiamenti d'uscita più definiti del comparatore e meno influenzabili dalla rapidità di variazione del segnale in ingresso rispetto al caso senza isteresi. La separazione delle soglie permette di avere insensibilità ai piccoli livelli di rumore, definendo infatti una minima ampiezza picco-picco del segnale d'ingresso per generare il segnale di trigger.

Figure: Schema a blocchi dei circuiti per la generazione del segnale di trigger.

Se si hanno dei rumori sovrapposti al segnale di trigger e non si applica l'isteresi, il comparatore stesso è instabile. A valle del circuito di trigger è presente il circuito per la generazione del segnale a rampa. Nel circuito in controreazione compaiono le seguenti grandezze:

1. $V_{\tau}$ che rappresenta gli impulsi di trigger; essi arrivono ad intervalli $\Delta T=t_{i}-t_{i-1}$;
2. $V_{HO}$ segnale di hold-off il quale si sovrappone alla forma della rampa ; risulta quindi essere una rampa esso stesso ma con dei tempi di attesa, durante i quali assume il valore costante raggiunto;
3. $V_{I}=V_{\tau}+V_{H}$ è il segnale d'ingresso al gate;
4. $V_{G}$ è il segnale di gate che possiede due stati stabili $V_{GL}$ e $V_{GH}$;
5. il generatore di rampa che eroga il segnale $V_{R}$.

Gli impulsi di trigger sono rappresentati dal segnale $V_{\tau}$ a valle dello schema a blocchi precedente e si presenta in ingresso al circuito della figura seguente

Figure: Schema a blocchi della base dei tempi.

dove si somma alla tensione di hold-off $V_{HO}$ originando la tensione $V_{I}$ che alimenta l'ingresso del circuito di gate. All'inizio, quando ancora non si presentano in ingresso i segnali di trigger, si ha:

$$V_{I}=V_{HO}>V_{GL}$$

per cui il gate non è attivato e risulta:

$$V_{G}=V_{GL}$$

e la rampa non viene generata:

$$V_{R}=V_{R0}$$

quando all'istante $t_{0}$ arriva l'impulso di trigger (negativo), si ha che la somma del seganle di hold-off con tale impulso diventa minore del livello minimo stabile del gate che si attiva e passa dal livello basso a quello alto. In tale istante parte anche il generatore di rampa che raggiunge il massimo livello quando $V_{I}=V_{GH}$ e ciò comporta la chiusura del gate ed il passaggio istanntaneo della tensione $V_{G}$ dal livello alto a quello basso. In questa situazione il fascio ha raggiunto l'estremità destra dello schermo e ha disegnato la traccia sullo schermo. Il gate commuta quando il suo ingresso raggiunge e supera i valori limite. La tensione di hold-off è mantenuta elevata, in quanto si deve consentire ai circuiti di esaurire i transitori. L'hold-off è utile per la sincronizzazione dei segnali, quando gli impulsi di trigger non sono equidistanti. I circuiti di hold-off e di gate, provvedono a definire l'intervallo di tempo tra una rampa e la successiva. L'impulso di trigger, che viene fornito dal circuito di trigger, in base al segnale d'ingresso, determina l'istante in cui inizia la cattura del segnale. Il circuito di hold-off determina il tempo necessario all'azzeramento dei circuiti, al ritorno della traccia e del tempo di attesa (in parte scelto dall'operatore). Tale regolazione è utile quando al segnale principale si sovrappone, ogni $n$ periodi, un altro segnale: lo schermo mostrerà allora il segnale principale con l'aggiunta dell'altro segnale ``sbiadito''. L'utilità di questo comando si presenta nell'analisi di forme d'onda in uscita da circuiti elettronici. Il risultato è una composizione fra le diverse catture effettuate sul segnale. Il segnale di trigger è essenziale per stabilire quando inizia la visualizzazione e determina il fatto di avere un'immagine stabile sullo schermo. In realtà per la stabilità è solo necessario che il segnale visualizzato sia ripetitivo e che sia bene identificato dal trigger il punto a cui agganciarsi. Ciò si ottiene collegando l'istante di trigger ad un livello prefissato del segnale in ingresso (level) ed ad una specifica pendenza dello stesso (slope), positiva o negativa.