Il Grid Dip Meter: uno strumento dimenticato

Acquisire un oscilloscopio era un importante rito di passaggio per un hacker hardware. Fino a poco tempo fa, i nuovi strumenti raramente rientravano nel budget delle persone normali, quindi probabilmente ti sei accontentato di un cannocchiale usato. Ora, ci sono molte opzioni economiche, soprattutto se includi oscilloscopi per PC di fascia bassa e "misuratori di oscilloscopi". Anche i misuratori digitali sono ora poco costosi (spesso gratuiti in alcuni grandi negozi), insieme a generatori di segnali, contatori di frequenza e persino analizzatori logici.

Ma c'è un pezzo dell'attrezzatura di prova che non vedi così spesso come prima ed è un peccato, perché è un kit molto versatile. Certo, se non stai facendo lavori wireless, potrebbe non essere in cima alla tua lista dei desideri, ma se fai qualcosa con RF, non è solo uno strumento versatile, ma anche un buon rapporto qualità-prezzo. Come si chiama? Dipende. Storicamente, si chiamavano "Grid Dip Oscillator" o GDO. A volte lo sentiresti invece chiamato "Grid Dip Meter". Tuttavia, le versioni moderne non hanno tubi (e, quindi, nessuna griglia), quindi a volte li senti ora chiamati misuratori di immersione o forse semplicemente dipper.

Indipendentemente da come li chiami, la teoria del funzionamento è la stessa ed è piuttosto semplice. Lo strumento non è altro che un oscillatore a banda molto ampia con un modo per accoppiare l'uscita ad un circuito esterno. Ci sarà anche un modo per monitorare quanta potenza viene prelevata dall'oscillatore. Questo viene spesso fatto osservando l'ampiezza di picco dell'oscillatore.

Il motivo del calo ha a che fare con il modo in cui induttori e condensatori si comportano a frequenze diverse. Quasi ogni circuito o componente ha tre fonti di impedenza: la resistenza, che non dovrebbe cambiare in base alla frequenza; la reattanza capacitiva, che è dovuta, ovviamente, alla capacità; e la reattanza induttiva degli elementi induttivi. In alcuni casi, ne hai solo una quantità significativa. Ad esempio, in un resistore al carbonio, non dovresti avere molti dei due tipi di reattanza. Un condensatore dovrebbe essere prevalentemente una reattanza capacitiva.

Per un dato condensatore, la reattanza è molto alta alle basse frequenze e molto bassa alle alte frequenze. L'induttanza è l'opposto: le basse frequenze producono una reattanza inferiore rispetto alle frequenze più alte. È abbastanza facile ricordarlo se pensi a una corrente continua come a un'onda a zero Hertz. Un induttore (una bobina di filo) passerà chiaramente la corrente continua (bassa reattanza) e un condensatore (due piastre parallele) chiaramente non passerà la corrente continua (alta reattanza).

Anche se l'impedenza totale del circuito dipende da questi tre elementi, non è così semplice come sommare i valori. Questo perché resistenza e reattanza non sono lo stesso tipo di quantità. Se hai un segnale da 1 V che entra in un carico da 2 ohm con 3 ohm di reattanza, ti piacerebbe sapere che si comporterebbe come 1 V che entra in un normale resistore. Se la resistenza e la reattanza sono in serie, il valore di quella resistenza effettiva è l'impedenza ed è la somma vettoriale della resistenza e della reattanza.

Nell'esempio, quindi, 22+32=13. La radice quadrata di 13 è circa 3,6, quindi l'entità dell'impedenza è 3,6 ohm. Per complicare ulteriormente le cose, la reattanza induttiva e la reattanza capattiva tendono ad annullarsi a vicenda. È consuetudine trattare la reattanza capacitiva come negativa, anche se, poiché la eleveremo al quadrato, non importa quale consideri negativa per eseguire questo particolare calcolo. Per quanto riguarda la matematica, stai davvero trattando la resistenza come la parte reale e la reattanza come la parte immaginaria di un numero complesso. La conversione in forma polare fornisce la grandezza e l'angolo di fase.

In parallelo è più o meno la stessa cosa, ma le reattanze si sommano proprio come i resistori in parallelo. Il punto però è questo: a una certa frequenza, la reattanza induttiva e la reattanza capacitiva sono uguali. In un circuito in serie, ciò significa che la reattanza va a zero e tutto ciò che rimane è la resistenza. In un circuito parallelo, lo zero finisce nel denominatore di una frazione, e quindi la reattanza effettiva è infinita (e, in parallelo con un resistore puro, non cambia il valore del resistore). In ogni caso, la reattanza si annulla lasciando pura resistenza.