Il capitolo tratta dettagliatamente il problema delle misure elettriche e definisce le caratteristiche dei segnali. Qui faremo solo brevi cenni agli argomenti più importanti che per motivi di tempo non possono essere trattati nel corso. La parte sulle misure fa parte del programma del bienni (fisica, chimica, scienze e tecnologie applicate).

Caratteristiche di un oggetto/fenomeno quantificate con una grandezza.

Misura ottenuta dal confronto con un termine di paragone stabilito convenzionalmente, l'unità di misura.

Sistema internazionale: convenzione che stabilisce quale UDM utilizzare per ogni grandezza (vantaggi: uniformità, evitare conversioni, UDM corretta quando si applicano le formule).

Ogni misura è affetta da errori (strumento, ambiente, metodo, operatore, ecc.). La misura perfetta non esiste.

Errori:

• sistematici: si ripetono sempre allo stesso modo (possono essere valutati e compensati)
• accidentali: casuali (stimabili statisticamente)

Il valore vero di una misura non è mai noto ma dato l'errore assoluto è definito un intervallo di incertezza (valore misurato ± errore assoluto) che comprende il valore vero. Più piccolo è l'errore assoluto e più piccolo è l'intervallo quindi più precisa è la misura.

L'errore relativo (percentuale), definito come rapporto tra errore assoluto e valore misurato (moltiplicato per 100), permette di confrontare più misure e stabilire quale è più precisa.

Vedi il_multimetro

Vedi il_multimetro

Vedi alimentatore_stabilizzato

Segnale come grandezza che rappresenta un'informazione.

Definizioni:

• segnale periodico: si ripete nel tempo
• periodo `T [s]`: ogni quanto si ripete
• frequenza `f=1/T [Hz]`: quante volte al secondo si ripete (in Hertz)

Unipolare o unidirezionale: sempre maggiore o uguale (o sempre minore o uguale) a zero.

Il valore medio coincide con la componente continua di un segnale. Osservando la figura 10 si definisce valore medio la differenza tra l'area compresa tra il segnale e l'asse del tempo quando il segnale è positivo e quando è negativo e il periodo del segnale: `V_m= (A_+ - A_-)/T`

Un segnale è alternato se ha valore medio nullo (non ha componente continua).

Il valore efficace (RMS in inglese) di un segnale è quel valore che in continua produce gli stessi effetti per quel che riguarda la potenza¹⁾.

Negli impianti in alternata (vedi Tecnologia e Progettazione) l'ampiezza di tensioni e correnti è sempre espressa indicando il valore efficace.

In figura 12 il segnale sinusoidale (o armonico) o sinusoide. E' il segnale più importante ed è descritto dalla formula:

`v(t)=V_(MAX)sen(omega t + phi_v)`

dove:

• v(t) indica la tensione che cambia un funzione del tempo (spesso scriveremo solo v perché il carattere minuscolo implica la dipendenza dal tempo)
• V_MAX è il valore massimo della tensione (anche detto valore di picco V_P)
• sen è il seno, una funzione trigonometrica che si applica agli angoli che coincide con la proiezione sull'asse y del segmento che individua l'angolo in un cerchio trigonometrico (di raggio unitario) (vedi Seno_(matematica)
• ω è la pulsazione, una velocità angolare espressa in [rad/s], costante per una sinusoide, legata ai valori di frequenza e periodo dalla relazione `omega = 2 pi f=(2 pi) /T`((può essere pensata come la velocità con cui ruota un segmento nel cerchio trigonometrico descrivendo un angolo θ che cambia nel tempo con velocità costante)
• ωt è un angolo che cambia nel tempo con velocità costante
• φ_v è la fase della tensione, un angolo costante che si somma a ωt che indica il ritardo o l'anticipo della sinusoide rispetto ad un'altra sinusoide con la stessa ampiezza e lo stesso periodo che passa per l'origine (il tempo di ritardo o di anticipo si calcola con `t_(RA) = phi_v/omega`)

Di fatto una sinusoide è una funzione del tempo dove si calcola il seno (oppure il coseno) di un angolo che cambia nel tempo con velocità costante pari alla pulsazione (vedi questa animazione di Wikipedia).

Un segnale sinusoidale è dunque descritto da tre parametri (vedi questo grafico interattivo):

• ampiezza V_MAX
• pulsazione ω
• fase φ_v

Per l'ampiezza si fa anche riferimento al valore efficace - per le sinusoidi vale `V_(eff)=V_P/sqrt(2)` - e valore picco-picco `V_PP = 2 V_P`. Al posto della pulsazione invece si possono indicare il periodo T (visibile nel grafico) - o la frequenza f (misurata dagli oscilloscopi e impostata nei generatori di funzione); le tre grandezze indicano in maniera diversa la stessa proprietà.

Il testo riporta grafico e caratteristiche principali di molti altri segnali tipici:

• segnale sinusoidale raddrizzato (solo onda positiva) a singola semionda e doppia semionda
• segnale triangolare (alternato e unidirezionale)
• segnale a dente di sega
• segnale a onda quadra (alternta e unidirezionale)
• segnale a onda impulsiva (rettangolare)

Per l'ultimo segnale, particolarmente importante nell'elettronica digitale, si definisce duty-cycle il rapporto tra il tempo in cui il livello del segnale è alto e il periodo:

`D=t_d/T`

Questa grandezza sarà particolarmente importante in tante applicazioni e verrà spesso indicata in forma percentuale.

Si calcola con la formula:

`V_(eff) = sqrt(V_m^2+V_(eff\ ac)^2)`

dove compaiono il valore medio (componente continua) e l valore efficace della sola componente alternata.

Vedi il_multimetro

Il generatore di funzione genera segnali in tensione con forma d'onda e caratteristiche regolabili. L'uscita del generatore è un Connettore_BNC - a baionetta - dove collegare un cavo coassiale (figura 25b). Il segnale viaggia nell'anima del cavo (conduttore centrale), protetto da un isolante (dielettrico), mentre la calza schermante serve sia come schermo elettrico, per proteggere il segnale da disturbi esterni, che come riferimento a massa. Il segnale generato può essere “sdoppiato” utilizzando un connettore T (tee), ad esempio per visualizzare il segnale all'oscilloscopio e contemporaneamente applicarlo in un circuito.

Le principali regolazioni disponibili su un GdF sono:

• forma d'onda: sinusoidale, triangolare e rettangolare
• frequenza (impostabile selezionando il range di frequenza e ruotando una manopola)
• ampiezza del segnale (valore picco-picco o valore di picco della tensione)
• eventuale attenuazione del segnale (20dB produce un segnale 10 volte più piccolo)
• offset o componente continua del segnale
• simmetria del segnale (utilizzato in particolare per impostare il duty-cycle dell'onda rettangolare)

Spesso il GdF dispone di un'uscita TTL compatibile: il segnale presente in questo connettore BNC è sempre rettangolare con ampiezza e offset fissi (in genere si alternano 0 e 5 Volt) mentre frequenza e duty-cycle sono regolabili.

Un segnale periodico può essere sempre scomposto in:

• una componente sinusoidale (non sempre presente)
• la somma di tante sinusoidi dette armoniche, con ampiezza e fase diverse e frequenza multipla di quella del segnale

Vedi anche questa pagina interattiva dove è possibile vedere come un'onda quadra si possa ottenere sommando tante sinusoidi.

• simulazione di figura 28 onda quadra di frequenza variabile e filtro RC
• non solo teoria 2: accordatore con generatore di funzione, resistenza, condensatore e diffusore

Nelle misure indirette (il valore misurato si ottiene con una formula dove compaiono misure dirette di altre grandezze, ad esempio area = base x altezza) gli errori si calcolano così:

• somma e sottrazione (da evitare!): si sommano gli errori assoluti
• prodotto e divisione: si sommano gli errori relativi

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