Impulsatore chi era costui ? - seconda puntata

La prima puntata al collegamento :

https://air-radiorama.blogspot.com/2019/08/impulsatore-chi-era-costui-prima-puntata.html

Come misurato la frequenza di ripetizione di questo impulsatore e' di circa 25 KHz , difficile pensare che un oscilloscopio da 60 MHz possa avere problemi a riprodurre impulsi anche rapidi a questa frequenza .

Per sfatare questo mito ci sono due metodi :

Uno teorico , andando a calcolare con una formula il tempo di salita di uno oscilloscopio ed uno pratico , sfruttando la Teoria dei segnali ed andando a misurare lo spettro del segnale dell' impulsatore , il che permettera' moltissime considerazioni teoriche pratiche interessanti .

Nella figura seguente riporto nuovamente un impulso misurato con l'oscilloscopio con scala orizzontale di 50ns per divisione .

Le formule ci dicono che un'oscilloscopio da 60 MHz ha un tempo di salita di circa 5.8 nS che vedremo che non sara' trascurabile rispetto alla lunghezza dell'impulso .

Di seguito invece si puo' vedere lo spettro segnale dell' impulsatore collegato al' analizzatore si spettro . Per sicurezza ho aggiunto esternamente un attenuatore da 20 dB perche' se la potenza media e' bassa , la tensione di picco e' alta e se mi scappasse la mano togliendo tutta l'attenuazione sull' analizzatore , il primo mixer potrebbe non gradire .

Comunque non avete le traveggole , lo spettro e' misurato tra 0 e 1450 MHz , dove ancora e' visibile nonostante l'attenuazione supplementare di 20 dB .

Ricordo che la frequenza di ripetizione e' di solo 25 kHz .

Ovviamente ci sono dei pero' , le leggi della Fisica ed in particolare della energia non possono essere ingannate .

Notate che , vista l'estensione della banda visualizzata , sia il filtro di banda RF che di banda base sono di larghezza 1 MHz , il che vuol dire che al suo interno stanno 40 armoniche dell' impulsatore il cui livello viene sommato .  

Prova ne e' che se si effettua una media del segnale , come nella immagine successiva , questo quasi scompare .
Cio' indica una grande potenza di picco , ma una potenza media molto bassa ( tant'e' che l'assorbimento a 200V dell' impulsatore e' minimo ) .
Non a caso lo spettro e' simile a quelli di un Radar ad impulsi ( o perlomeno al suo segnale di modulazione ) .

Nella figura seguente , effettuata con Max Hold si puo' apprezzare meglio che l'inviluppo del segnale segue una serie di massimi e minimi con andamento periodico e questo sara' molto importante .

Nell'immagine seguente ho ridotto la scansione tra 0 e 100 MHz .

Due considerazioni importanti 

A) Tra 0 e circa 60 MHz ( e' solo un caso che coincida con la banda passante dell' oscilloscopio ) l'inviluppo dello spettro del segnale e' costante entro +/- 3dB . Potrebbe quindi essere usato come  generatore per visualizzare la risposta di circuiti .

B) A circa 84 MHz si ha il primo minimo del segnale che poi risale .

A riprova di quanto asserito sulla potenza media e di picco , si puo' notare che lo stesso spettro , visualizzato con bande RF e Banda base di 3 KHz  invece che 1 MHz praticamente sparisce ....

La conseguenza fisica del punto A e' molto importante .
La Teorie dei Segnali ci dice che il primo zero o perlomeno la depressione nello spettro e' :
- Indipendente dalla frequenza dell' impulso !
- Ma matematicamente e semplicemente dipendente dalla durata dell' impulso con la semplicissima formula che la durata dell'impulso sara' calcolabile con l'inverso della frequenza a cui si ha il nullo ( o depressione ) .
In questo caso , esseno le depressione a circa 80 MHz , la durata degli impulsi sara' di 12 nS .
Cosa direi difficile da valutare con l'oscilloscopio ,anche perche' la forma dell' impulso e' piuttosto diversa da un impulso ( sembra un po' una lancia ).

Vediamo ora cosa succede con un apposito generatore di impulsi con tempo di salita minimo di 5nS e 1uS di larghezza di impulso .

In questo caso l'impulso si vede perfettamente sull'oscilloscopio , vista la sua larghezza e la forma .

Aumentando il valore della base tempi e' possibile vedere piu' impulsi

Il tutto corrisponde perfettamente alla teoria con i minimi che si ripetono ogni MHz ( perche' la larghezza dell' impulso e' di 1 uS .

Aumentiamo ora la posta con un impulso di 20 nS sempre con un tempo minimo di salita di 5nS .

Impulso visto sull'oscilloscopio con scala orizzontale di 50nS per divisione , difficile valutarne la larghezza .

Spettro dell' impulso , con una frequenza di minimo di 54.5 MHz si deduce una larghezza dell' impulso di 18,3 nS  . Difficile dire chi ha ragione .Il generatore di impulsi ha una banda di generazione sinusoidale di 50 MHz e quindi siamo al limite delle sua capacita' .

Comunque diciamo che abbiamo il TX  e che cambiando il diodo led dal campo del visibile con uno ad infrarossi , si cambia gamma .

Si tratta ora di vedere cosa fare per l'RX . Procedo ad accoppiare un aggeggio con un foto-transistor BPW40 che uso per verificare la funzionalita' dei telecomandi ad infrarossi , me che risponde anche decentemente nel visibile .

Lo accoppio con il led dell' impulsatore con un tubetto termo-stringente e confronto gli impulsi del TX e del RX di seguito riportati con le stesse scale dei tempi .

Come mi aspettavo il foto-transistor e' lento e si comporta come un passa basso . L'impulso di uscita e' cosi' allungato che non sta nello schermo .

Nello schema del libro viene usato un fotodiodo a valanga che e' un dispositivo decisamente velocissimo ( assieme ai fotomoltiplicatori che pero' devono essere alimentati ad alta tensione ) per quanto anche i fotodiodi a valanga ( che sono anche piuttosto costosi ) funzionino con tensioni dell'ordine dei 150V .

Si tratta di arrivare ad un compromesso .

Ho un cassetto in cui avevo appositamente comprato per questo esperimento  una serie di diodi PIN veloci che ,con un amplificatore a transimpedenza con un operazionale veloce potrebbero essere un discreto compromesso , e forse anche dei diodi a valanga .

Prossima tappa dell' avventura sara' catalogare e vagliare cosa c'e' nel cassetto e sperimentare una soluzione per l' RX ottico . Ho trovato l'ordine dei diodi nel cassetto , e' del 2007 ....

Non so quando , ma ci sara' una prossima puntata .

Per il momento la cosa e' stata interessante , divertente e molto didattica .