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Tracciacurve digitale: Principi di funzionamento

Tracciacurve digitale asincrono con campionamento di un'onda periodica: schema di principio

Lo schema in basso riporta un tracciacurve che rileva se collegato alla rete elettrica 50 curve al secondo.
Quindi possiamo campionare un numero infinito di punti della curva perché la stessa ha un andamento periodico.
Per loro natura questi strumenti possono tracciare qualsiasi tipo di curva di qualsiasi componente lineare e non.
L'unica differenza è nella tensione massima applicata e le eventuali polarizzazioni di griglia controllo e schermo nel pentodo, base nel transistor e gate nel mosfet.

A sinistra lo schema di principio di un tracciacurve digitale. La frequenza di campionamento deve essere molto più alta della frequenza di rete a cui è alimentato l'anodo della valvola. Questo tipo di tracciacurve esegue una acquisizione dati asincrona sulla tensione anodica e sulla corrente anodica, andando a leggere la caduta di tensione su R3 che è proporzionale a quest'ultima e ricavando sempre una coppia di valori tensione-corrente da riportare su un grafico. Abbiamo così coppie di valori di tensione anodica e corrente anodica che posti su un sistema di assi cartesiani ortogonale ci da la possibilità di determinare con precisione la caratteristica anodica per quello specifico valore di tensione di griglia. Per eseguire il campionamento è possibile utilizzare anche la scheda audio di un computer, a patto che la resistenza di ingresso sia abbastanza alta da non alterare la misura. La tensione di griglia andrebbe erogata con un alimentatore stabilizzato di precisione, in quanto un errore su questa tensione influenza grandemente il risultato finale. Questo vale anche per la tensione di filamento. Come potete vedere la tensione di griglia viene applicata fra griglia e catodo e non fra griglia e massa per evitare di invalidare la misura con la tensione che cade ai capi di R3 che si sommerebbe alla tensione del generatore e altererebbe la tensione di polarizzazione di griglia controllo.

A sinistra lo schema di principio di un tracciacurve digitale simile al precedente ma in cui il riferimento di misura è stato spostato al polo positivo per evitare di avere la resistenza R3 fra il catodo e la massa di alimentazione. La differenza all'atto pratico non c'e, è solo una differente configurazione di misura.

Tracciacurve digitale asincrono con campionamento di un'onda periodica: Limiti

A sinistra lo schema completo di taratura attraverso i trimmer T1 e T2 e di protezione degli ingressi del ADC con gli zener D3 e D4 che vanno scelti in base alla massima tensione ammessa all'ingresso del ADC.

Il convertitore ADC (Analog to Digital Converter o convertitore analogico digitale) ha un tempo di misura che è diverso da zero.
Per produrre la coppia di coordinate per l'asse cartesiano dove verrà rappresentata la curva prima misuriamo un valore, ad esempio la tensione anodica e poi l'altro, ad esempio la corrente anodica.
Nel tempo che intercorre fra le due misure i valori cambiano, quindi prendendo ad esempio il caso precedente quando misureremo la corrente la tensione sarà già variata.
Quindi avremo un errore.
Tanto più è veloce il ADC tanto più l'errore è piccolo e trascurabile.

Il secondo errore è quello di quantizzazione, il ADC può rappresentare solo grandezze finite e approssima sempre il valore reale facendolo coincidere con la sua scala per difetto o per eccesso.
Un ADC ad esempio da 10 bit ha 1024 possibili valori di lettura.
Se il fondo scala è 5 volt il minimo valore che può misurare è 5/1024=4,8828mV.
Tutte le misure che il ADC eseguirà saranno approssimate ad un multiplo di tale numero.
Se si usa un partitore l'errore sarà proporzionale al rapporto di partizione.
In generale per avere un errore più basso possibile occorre usare un range di tensioni da misurare che va da zero alla tensione massima ammessa all'ingresso del ADC.

Tracciacurve digitale asincrono con campionamento di un'onda periodica: Vantaggi di questo tipo di configurazione

Il vantaggio principale è di poter produrre punti di misura infiniti.
In realtà i punti di misura sono finiti e corrispondono numericamente ai valori finiti che il ADC può rappresentare all'uscita.
Se il ADC è a 8bit avremo all'uscita 256 valori diversi, quindi il numero massimo di punti di misura saranno 256.
Lo stesso vale per un ADC da 10bit che rileverà la tensione al suo ingresso ottenendo 1024 punti misurati.
Un altro vantaggio di questo metodo è quello di poter tracciare la curva oltre del componente altre la caratteristica di massima dissipazione in quanto la tensione efficace applicata e la metà utilizzando solo una semionda.

Rilevazione della curva caratteristica in modalità "single-shot" a rampa lineare e lettura sincrona

Un altro metodo più sofisticato per rilevare le curve caratteristiche è quello di inviare al componente in esame una tensione a gradini comandando l'alimentatore con un microprocessore che per ogni gradino esegue anche la misura di tensione e corrente.
In questo modo si ha la rilevazione di una curva completa in un solo passaggio.