Sonda per oscilloscopio isolata

Per quanto sia desiderabile, è difficile giustificare il costo di un oscilloscopio con ingressi elettricamente isolati per un semplice utilizzo personale. Anche le sonde differenziali, che consentono entro certi limiti la misura di tensioni senza necessitare di un riferimento verso massa, comportano spesso un costo per l'utente privato addirittura superiore a quello dell'oscilloscopio stesso. Cosa possiamo allora fare se, per ragioni di sicurezza o per la natura specifica di una particolare applicazione, siamo costretti ad utilizzare delle sonde isolate? Scopriamolo insieme con il progetto descritto nell'articolo.

Trasformatori di isolamento

Un metodo molto utilizzato, nonchè relativamente economico, è quello di collegare l'oscilloscopio alla linea di rete alternata tramite un trasformatore di isolamento. In questo modo si esclude il filo protettivo di terra, eliminando il pericolo che un qualunque circuito venga collegato verso terra quando si collega la sonda. Ogni possibile rischio di corto circuito e possibile distruzione del circuito viene così eliminato. Tuttavia, un rischio evidente rimane, poichè i terminali della sonda potrebbero caricarsi a un potenziale elevato (ad esempio quello della linea di alimentazione alternata), mettendo a rischio l'incolumità di parti vitali dell'oscilloscopio. In particolare, i connettori BNC dei canali non utilizzati potrebbero essere interessati da questo fenomeno (e questi connettori, non protetti, potrebbero venire toccati accidentalmente). Quando si collegano infatti più sonde, anche queste possono diventare attive, e andrebbero quindi sistemate in modo tale da evitare ogni contatto accidentale con le stesse. Nel caso peggiore, queste sonde potrebbero essere collegate ad altri punti del circuito sotto misura, e provocare il corto circuito del trasformatore di isolamento. Per le ragioni menzionate in precedenza, il metodo basato sull'utilizzo del trasformatore di isolamento è affidabile solo per eseguire misure elettricamente isolate con un singolo canale, e solo in presenza di basse tensioni. Se si utilizzano due canali, con la maggiorparte degli oscilloscopi è possibile, in linea di principio, eseguire delle misure differenziali (ad esempio il canale 1 meno il canale 2), ma i collegamenti di ingresso dei canali pongono delle serie limitazioni, quali ad esempio il modo di reiezione comune. Ne consegue che il metodo del trasformatore di isolamento non dovrebbe rappresentare la prima scelta quando lo sperimentatore si accinge ad eseguire misure con alte tensioni.

Sonde differenziali

Le sonde differenziali rappresentano la seconda alternativa, in ordine di costo, adottabile per eseguire delle misure senza riferimento verso massa. L'immagine di Figura 1 mostra proprio lo schema di una tipica sonda differenziale. Il collegamento di ingresso consiste in un partitore di tensione (resistenze serie con valore elevato) su ciascuno degli ingressi positivo e negativo, insieme a una resistenza di valore più basso in parallelo con l'ingresso dell'amplificatore operazionale. Il collegamento di alta impedenza con gli ingressi assicura che, anche con elevati offset di tensione, soltanto una corrente molto piccola potrà scorrere attraverso le resistenze serie. Poichè in genere l'offset è lo stesso per entrambi gli ingressi, la differenza di tensione non disturba l'amplificatore operazionale. Il fattore limitante è in questo caso rappresentato dalla soppressione in modo comune dell'amplificatore operazionale, in quanto al crescere degli offset di tensione il range di reiezione in modo comune viene prima o poi superato. In ogni caso, il limite è rappresentato dalla tensione di alimentazione dell'amplificatore operazionale. A livello pratico, questi ultimi sono spesso alimentati con una tensione di ±4,5 V prodotta da batterie a 9V di tipo 6F22 (formato PP3). Conseguentemente, con un partitore di tensione di 10:1, la massima tensione che si può applicare agli ingressi del probe sarà pari a ±45 V. Aumentando il valore del partitore fino al rapporto 100:1, si potrebbe teoricamente arrivare a tensioni pari a ±450 V, e [...]

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3 Commenti

  1. Emanuele Bonanni Emanuele 29 marzo 2016
  2. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 29 marzo 2016
  3. rromano001 10 aprile 2016

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