Lunga vita agli oscilloscopi analogici

STRUMENTAZIONE –

Grazie al basso costo e alla capacità di rappresentare visivamente i segnali in modo molto fedele, i tradizionali oscilloscopi analogici continuano ad occupare un ruolo significativo nell’industria elettronica.


Nonostante il boom delle tecnologie digitali, la strumentazione analogica continua a giocare un ruolo significativo in vari settori dell’industria elettronica. Tra i prodotti di questa grande categoria, il tradizionale oscilloscopio analogico occupa certamente un posto di particolare rilievo e trova tuttora numerose applicazioni. In questo articolo esamineremo i motivi che giustificano la sopravvivenza degli oscilloscopi analogici e forniremo una breve rassegna di alcuni degli strumenti presenti sul mercato italiano.

Una fedele rappresentazione visiva

Uno dei principali vantaggi offerti dall’oscilloscopio analogico consiste nella possibilità di rappresentare fedelmente la forma del segnale. Si tratta di un aspetto tutt’altro che secondario, considerando che la rappresentazione visiva è proprio la funzione fondamentale svolta dall’oscilloscopio. Alla fedeltà di rappresentazione contribuiscono due elementi principali: l’assenza di elaborazione del segnale e l’impiego di un tradizionale tubo catodico al posto del display LCD. In un oscilloscopio digitale la visualizzazione è infatti il risultato finale di una lunga catena di elaborazione che comprende il campionamento, la conversione in forma digitale e le operazioni necessarie per creare un’immagine e rappresentarla sul display. Nell’oscilloscopio analogico, al contrario, il segnale comanda direttamente la deflessione verticale del raggio catodico. Le possibilità di perdita o alterazione dell’informazione sono quindi molto ridotte. Il tubo catodico, inoltre, si sposa perfettamente con la filosofia dell’oscilloscopio analogico, non solo perché può essere pilotato direttamente dal segnale in esame, ma anche per altri due motivi:

  • l’immagine prodotta possiede una definizione molto alta, legata alla grana finissima dei fosfori, mentre i display Lcd sono composti di pixel di dimensioni non trascurabili;
  • nel tubo catodico la traccia prodotta ha un’intensità luminosa variabile, che facilità l’interpretazione del segnale visualizzato.


Sensibilità e banda

Altri punti di forza dell’oscilloscopio analogico riguardano le prestazioni fondamentali che determinano l’ampiezza dello spettro applicativo in termini di segnali visualizzabili. Molti oscilloscopi analogici raggiungono infatti una sensibilità di ingresso di 1 millivolt, mentre spesso per gli strumenti digitali questo parametro ha un valore più alto. Anche sul fronte della banda passante (cioè della massima frequenza del segnale che può essere visualizzato) gli oscilloscopi analogici offrono spesso prestazioni molto elevate. Ovviamente il processo di campionamento rende più difficile per gli oscilloscopi digitali raggiungere frequenze molto alte.

Facilità d’uso e basso costo

Gli oscilloscopi analogici sono in genere molto più facili da usare e molto meno costosi rispetto agli oscilloscopi digitali. Ovviamente ciò è dovuto alla maggiore semplicità degli strumenti analogici rispetto alle loro controparti digitali. Semplicità d’uso e basso costo sono aspetti tutt’altro che secondari sul piano applicativo: uno strumento facile da usare consente di ridurre le necessità di addestramento del personale, i tempi di esecuzione delle misure e le possibilità di errore umano. E un basso costo d’acquisto può essere determinante ai fini della fattibilità pratica di una nuova iniziativa imprenditoriale.

Dalla Tv alla didattica

Per le caratteristiche descritte, gli oscilloscopi analogici sono tuttora preferiti ai digitali in varie applicazioni che non richiedono prestazioni di analisi particolarmente sofisticate. Naturalmente questi strumenti si prestano in modo ottimale alle applicazioni caratterizzate da segnali analogici. Vale la pena ricordare che anche le tecnologie ormai totalmente “digitalizzate” (come l’audio, il video, le telecomunicazioni) comprendono porzioni analogiche. In questi casi gli oscilloscopi tradizionali possono mettere a frutto la loro fedeltà di rappresentazione, l’elevata sensibilità d’ingresso e la capacità di visualizzare anche segnali di frequenza molto elevata. La fedeltà di rappresentazione visiva è particolarmente utile nel caso di segnali “ripetitivi” o, in altri termini, segnali che seguono una funzione inalterata nel tempo, come ad esempio un’onda sinusoidale. In questi casi l’oscilloscopio analogico è in grado di evidenziare facilmente eventi non ripetitivi che invece possono sfuggire a uno strumento digitale. Il basso costo, inoltre, rende gli strumenti analogici particolarmente adatti ai laboratori di riparazione Tv e alla didattica. Quest’ultima applicazione è favorita anche dalla facilità d’uso e dall’assenza di automatismi nei comandi, caratteristiche che permettono agli studenti di comprendere meglio il senso delle operazioni svolte.

Maturo, ma in evoluzione

Sebbene sia senza dubbio un prodotto maturo, anche l’oscilloscopio analogico è interessato da un’evoluzione tecnologica tesa perlopiù all’aggiunta di alcune caratteristiche tipiche dell’oscilloscopio digitale, come la capacità di analisi dei segnali e una maggiore dotazione di automatismi. Molti modelli analogici di fascia alta sono dotati di funzioni di settaggio automatico, scelta automatica della base dei tempi, memorizzazione delle impostazioni del pannello comandi. E’ inoltre nata una categoria di oscilloscopi “digitali-analogici” che affiancano alla visualizzazione tradizionale alcune capacità di elaborazione digitale. In questi strumenti il segnale segue due strade: da un lato l’immediata visualizzazione senza alcuna elaborazione, dall’altro un processo di campionamento e memorizzazione che rende possibile l’analisi tramite opportuni software su Pc. Generalmente, però, questi strumenti non raggiungono valori di banda molto elevati.

Analogico e digitale a confronto

Da quanto fin qui esposto si deduce che un confronto diretto tra oscilloscopi analogici e digitali ha senso solo in alcuni casi. In generale, queste due categorie di strumenti sono così diverse tra loro da poter essere considerate complementari. La differenza fondamentale va forse ricercata nella dimensione semplicità/complessità. La semplicità è infatti il punto di forza degli oscilloscopi analogici, che ad essa devono la maggiore fedeltà di visualizzazione, il minor costo e la facilità d’uso. Al contrario, gli oscilloscopi digitali possono raggiungere una maggiore fedeltà di visualizzazione solo al prezzo di un aumento della loro complessità e sofisticazione. Negli strumenti digitali anche la semplicità d’uso richiede una maggiore sofisticazione, poiché le difficoltà per l’utilizzatore riguardano soprattutto l’uso del software e - come accade per i computer - per rendere intuitive le operazioni è necessario incorporare più intelligenza nel sistema. Una maggiore sofisticazione, ovviamente, corrisponde a un prezzo più elevato. E’ facile prevedere che ulteriori sviluppi delle tecnologie digitali potranno un giorno annullare i vantaggi degli oscilloscopi analogici; per il momento, tuttavia, questi strumenti tradizionali mantengono una loro ragion d’essere. In sintesi si può dire che gli oscilloscopi analogici sono essenzialmente strumenti di visualizzazione, mentre gli oscilloscopi digitali sono strumenti di analisi dei segnali. I punti di forza di questi ultimi risiedono nelle capacità di elaborazione e analisi offerte dal software, che ovviamente è del tutto assente negli strumenti analogici.

L’offerta del mercato

I nomi più blasonati della strumentazione di misura (Agilent, Tektronix, LeCroy, Anritsu, solo per citarne alcuni a titolo d’esempio) hanno cessato da tempo di produrre oscilloscopi analogici. Gli strumenti fabbricati da queste Case possono tuttavia essere ancora reperiti sul mercato dell’usato, che a volte offre opportunità interessanti. La maggior parte degli oscilloscopi analogici di nuova produzione proviene oggi da costruttori meno “famosi”, anche se certamente rispettabili. Alcuni di essi hanno sede in estremo oriente, ma non mancano importanti esempi di produttori europei e americani. Nei paragrafi seguenti forniremo una breve panoramica di alcuni degli oscilloscopi analogici disponibili sul mercato italiano, senza alcuna pretesa di esaustività. Il reperimento di informazioni complete si questi prodotti, d’altra parte, è relativamente complesso, poiché spesso i produttori dell’estremo oriente e i loro distributori italiani svolgono attività di comunicazione molto limitate. Il panorama degli accordi di distribuzione, inoltre, è soggetto a cambiamenti, pertanto non è escluso che i prodotti di una determinata Casa possano essere reperiti anche presso altri distributori - oltre a quelli citati in questo articolo.

BK Precision

Gli oscilloscopi prodotti dalla società statunitense BK Precision sono distribuiti in Italia da Gould GN Sistemi, con sede a Milano. L’assistenza tecnica è fornita da un centro che ha sede in Francia. La gamma analogica BK Precision comprende quattro principali modelli con bande di 30, 60 e 100 MHz. Il modello 2120 B è un oscilloscopio doppia traccia da 30 MHz. È dotato di modalità di trigger “auto” (free run) e “norm”, con possibilità di usare per il trigger i segnali televisivi di sincronismo orizzontale o verticale. Il modello 2121 è simile al precedente ma dotato di un frequenzimetro incorporato da 50 MHz. Salendo verso l’alto della gamma troviamo il 2160 A, un oscilloscopio da 60 MHz che integra un prova-componenti incorporato. È dotato di 23 gamme calibrate per la base dei tempi principale e altrettante per la base dei tempi ritardata. Il modello 2190 B, infine, è un oscilloscopio a due canali da 100 MHz dotato di base dei tempi ritardata, limitatore di larghezza di banda, uscita per l’asse Y. Offre 23 gamme calibrate per la base dei tempi principale. Per tutti i modelli la sensibilità è di 5 mV/div.

Hameg

Gli oscilloscopi prodotti dalla società tedesca Hameg, appartenente al gruppo Rohde & Schwarz, sono distribuiti in Italia dalla padovana Elpav Instruments. L’attuale gamma analogica Hameg comprende quattro principali modelli con bande passanti di 35, 50, 150 e 200 MHz. Tutti sono caratterizzati da una sensibilità massima di 1 mV/cm e sono dotati di prova-componenti utilizzabile direttamente su scheda. Ad eccezione del modello base HM303-6 (35MHz), tutti gli strumenti sono gestiti tramite microprocessore e sono dotati di interfaccia RS-232 per il controllo remoto.
I modelli HM504-2 (50MHz), HM1500-2 (150MHz) e HM2005-2 (200MHz) possiedono funzioni particolarmente evolute. Tra esse sono comprese l’help in linea per l’interfaccia utente, che fornisce spiegazioni complete della funzione dei comandi e dei menu; l’interfaccia multilingue; l’autoset, che permette una rapida e immediata rappresentazione del segnale; la funzione "save/recall" per memorizzare fino a nove diverse impostazioni dello strumento; la procedura guidata di verifica della sonda; la visualizzazione sullo schermo dei parametri di settaggio e dei risultati di misura. Gli oscilloscopi Hameg sono dotati di contatore di frequenza a 6 digit con precisione 50ppm per la banda compresa tra 0,5 Hz e 250 MHz. Possono eseguire automaticamente una gamma di misure comprendente frequenza, periodo, Vpp, Vp+, Vp-, Vdc, Vrms, Vavg. La gamma delle misure con i cursori comprende AV, At o 1/At (frequenza), rapporto X e Y, V a GND, contatore impulsi, Vt a trigger, picco-picco, picco +, picco -.
I modelli di fascia alta come HM1500-2 e HM2005-2 dispongono inoltre di linea di ritardo e doppia base dei tempi e sono ottimizzati per applicazioni televisive, con videotrigger su quadri pari e dispari e possibilità di selezionare i due standard 525/60 e 625/50. Impiegano un tubo catodico ad alta accelerazione da 14 KV.

GW Instek

La milanese Melchioni distribuisce attualmente due oscilloscopi analogici prodotti dalla taiwanese GW Instek, i modelli GOS-620 e GOS-652G - ma il distributore ha in programma di introdurre sul mercato italiano anche il modello più sofisticato della gamma GW Instek, denominato GOS-6200. Lo strumento GOS-620 è un oscilloscopio economico a due canali con banda di 20 MHz e schermo Crt da sei pollici. È dotato di funzione alt trigger e sincronizzazione Tv, offre una sensibilità verticale compresa tra 5 mV/div e 5 V/div e uno sweep time orizzontale compreso tra 0,2 μs/div e 0,5 s/div. Il modello GOS-652G è invece un “classico” oscilloscopio a due canali con banda di 50 MHz e Crt da sei pollici, dotato di varie funzioni di trigger e sincronizzazione TV. In questo caso la sensibilità verticale è compresa tra 1 mV/div e 5 V/div, mentre lo sweep time orizzontale è compreso tra 0,1 μs/div e 0,5 s/div. Si rivolge ad applicazioni industriali in vari ambiti, dalle linee di produzione ai laboratori di riparazione e alle scuole. Il membro più evoluto della gamma GW Instek, denominato GOS-6200, si rivolge a varie applicazioni professionali offrendo una banda fino a 200 MHz e due canali. È dotato di Crt da sei pollici e di varie funzioni di trigger e sincronizzazione Tv. Offre anche funzioni di auto-set, scelta automatica della base dei tempi, cursor readout, zoom, contatore di frequenza, memorizzazione delle impostazioni del pannello comandi. La sensibilità verticale è compresa tra 1 mV/div e 5 V/div, lo sweep time orizzontale tra 20 ns/div e 0,5 s/div.

Iwatsu

I prodotti della giapponese Iwatsu sono distribuiti in Italia dalla società romana Selint. La serie analogica, contraddistinta dalla sigla SS, comprende nove modelli con bande di 20, 50, 100, 200, 300, 400 e 470 MHz. Gli oscilloscopi Iwatsu di maggiori prestazioni sono caratterizzati da uno speciale tubo catodico prodotto in Giappone con tensione di accelerazione di 20 kV e dalla possibilità di memorizzare le configurazioni del pannello di comando. Tutti i modelli sono inoltre dotati di frequenzimetro. Lo strumento più sofisticato della gamma Iwatsu offre quattro canali e dieci tracce, con sensibilità massima di 2 mV/div. È compatibile con gli standard Hdtv, Ntsc, Pal e Secam, con triggering completo e funzione di clamping.

Protek e Lafayette

La società Marcucci, con sede a Vignate nei dintorni di Milano, distribuisce due principali famiglie di oscilloscopi analogici, contraddistinte dai marchi Protek e Lafayette. La famiglia Protek comprende modelli a due canali da 20, 40, 60 e 100 MHz. Ad eccezione di un modello da 20 MHz particolarmente semplice, tutti gli altri oscilloscopi di questa serie sono dotati di funzione ALT MAG e della possibilità di visualizzare quattro tracce. È infatti possibile osservare i due canali alternativamente con l’ingrandimento x5 inserito, in aggiunta al segnale privo di ingrandimento. La famiglia si rivolge in modo particolare ai laboratori di riparazione Tv, poiché gli strumenti sono dotati di sincronismi prefissati alla frequenza di quadro e di riga. La messa a fuoco della traccia è automatica. La famiglia Lafayette comprende invece sei modelli con bande di 10, 20, 40 e 60 MHz. Il modello da 10 MHz, a canale singolo, è particolarmente semplice e offre una sensibilità massima di 5 mV. Gli altri modelli della famiglia (tutti a canale doppio, contraddistinti da sensibilità massima di 1 mV) sono divisi in due serie, una delle quali comprende oscilloscopi da 20, 40 e 60 MHz dotati di frequenzimetro Led a sei cifre incorporato, mentre l’altra comprende strumenti da 20 e 40 MHz privi di frequenzimetro.

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