Determinazione delle caratteristiche di corrente-tensione usando un oscilloscopio

Attività da eseguire

È possibile individuare in modo rapido i componenti guasti analizzandone le caratteristiche di corrente-tensione. I tester per componenti sono gli strumenti ideali per questo tipo di attività. Si tratta di strumenti che semplificano e velocizzano le prove su condensatori, resistenze, transistor, tiristori, induttori, diodi Zener (e di altro tipo) e circuiti composti da questi componenti, come ad esempio i rettificatori. Tuttavia, non sempre si ha a portata di mano un tester per componenti.

Soluzione di misura

Gli oscilloscopi R&S®RTC1000 sono dotati di un tester per componenti integrato. Si tratta di un generatore di segnali che applica un segnale a onda sinusoidale a 50 Hz o 200 Hz con ampiezza definita (massimo 9 V) e corrente limitata (massimo 10 mA) al dispositivo in prova (DUT). In questa modalità, gli oscilloscopi utilizzano un convertitore A/D per digitalizzare i segnali influenzati dai componenti, per poi visualizzarli come curva caratteristica della corrente in funzione della tensione.

Principio di funzionamento

È possibile illustrare il principio di funzionamento usando come esempio un componente passivo lineare. La figura 1 mostra le caratteristiche I/V (impedenza-tensione, impedance-voltage) di una resistenza da 2,1 kΩ collegata al tester per componenti. Il comportamento lineare del componente è chiaramente visibile. L'intensità di corrente aumenta in modo lineare con l'incremento della tensione. Ad esempio, l'intensità di corrente è di circa 2 mA a una tensione di 4 V. Secondo la legge di Ohm, il valore della resistenza è di circa 2 kΩ.

È possibile verificare la relazione lineare fra intensità di corrente e tensione di una resistenza fisica usando una seconda resistenza. La figura 2 indica la caratteristica I/V di un altro componente collegato al tester. La più ripida inclinazione della caratteristica indica un maggiore passaggio di corrente alla medesima tensione per la resistenza da 2,1 kΩ. Secondo la legge di Ohm, il valore della seconda resistenza è inferiore. L'intensità della corrente a 0,9 V è di circa 8 mA. Il risultato è un valore della resistenza di circa 110 Ω. Il tester per componenti degli oscilloscopi R&S®RTC1000 è in grado di visualizzare anche le caratteristiche di componenti passivi non lineari, come ad esempio i condensatori. La figura 3 visualizza la curva caratteristica di un condensatore da 0,1 μF collegato al tester e stimolato con un segnale impulsivo iniziale di 50 Hz. La forma ellittica della curva risultante indica in modo chiaro la caratteristica di non linearità.

È possibile dimostrare la dipendenza dalla frequenza della caratteristica I/V modificando la frequenza dell'impulso di stimolo a 200 Hz. È possibile calcolare la reattanza del condensatore mediante la seguente formula:

Ciò significa che, a capacità costante, la reattanza è inversamente proporzionale alla frequenza. La curva nella figura 4 indica i risultati dell'applicazione di un impulso a un condensatore da 0,1 μF con un segnale a 200 Hz. La forma ellittica nettamente più stretta corrisponde alla formula per il calcolo della reattanza del condensatore.

È possibile utilizzare i tester per componenti anche per visualizzare le caratteristiche quasi statiche di componenti attivi come i diodi. In condizioni statiche, un semplice diodo in silicio inizia a condurre corrente quando è polarizzato direttamente a una tensione di circa 0,4 V. La figura 5 indica questo comportamento tipico. L'intensità della corrente aumenta molto velocemente al di sopra di una tensione di circa 0,5 V.

Il tester per componenti degli oscilloscopi R&S®RTC1000 consente anche di visualizzare e analizzare in modo semplice le caratteristiche di corrente-tensione di componenti complessi come i diodi Zener (vedere la figura 6).

Fig. 1: Caratteristica I/V di una resistenza da 2,1 kΩ.

Fig. 2: Caratteristica I/V di una resistenza da 110 kΩ.

Fig. 3: Caratteristica I/V di un condensatore da 0,1 μF con segnale impulsivo a 50 Hz.

Fig. 4: Caratteristica I/V dello stesso condensatore da 0,1 μF (come in figura 3) ma con un segnale impulsivo a 200 Hz.

Fig. 5: Caratteristica I/V di un diodo in silicio.

Fig. 6: Caratteristica di un diodo Zener con tensione di rottura di circa 5 V.

Riassunto

I tester per componenti consentono a progettisti e studenti di semplificare l'analisi delle caratteristiche dei componenti attivi e passivi. I progettisti possono verificare in modo rapido il funzionamento dei componenti, mentre gli studenti potranno mettere in pratica le proprie conoscenze teoriche.

Grazie al tester per componenti integrato, è possibile utilizzare gli oscilloscopi R&S®RTC1000 in ogni ambiente formativo e di sviluppo. Gli oscilloscopi sono dotati di otto ingressi digitali con funzionalità complete, funzioni opzionali di trigger e decodifica per un massimo di cinque tipi di bus seriali, ampie funzioni di misurazione e una funzione FFT ad alte prestazioni.