DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Y AUTOMATICA. Exp. de Laboratorio Nº 2. Alumno:... Registro Nº:... Fecha:... /... /... Grupo:...

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1 DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Y AUTOMATICA INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD Exp. de Laboratorio Nº Alumno:... Registro Nº:... Fecha:... /... /... Grupo:... Introducción a la Experiencia de Laboratorio: USO Y MANEJO DEL OSCILOSCOPIO: MEDICION DE VOLTAJES El osciloscopio es uno de los instrumentos de mayor utilidad para trabajar en electrónica, en control, telecomunicaciones y en la industria. Es un aparato muy versátil por sus posibilidades que lo hace apto para ver corrientes y tensiones (su forma y magnitudes), tanto de corriente continua como de alterna, transitorios, escalones y pulsos de baja como de alta frecuencia. Esto se logra gracias a la poca inercia de los electrones, quienes son en definitiva los que permiten visualizar los fenómenos mencionados. Para conocer este instrumento, es conveniente comenzar recordando el diagrama en bloques del mismo, figura : EJE Y ENTRADA Y VERTICAL GENERADOR DE BARRIDO EJE X TRC FUENTE PANTALLA Figura Se observa en el diagrama, las partes constitutivas del aparato y que son: el Tubo de Rayos Catódicos (TRC), el Generador de barrido, el canal Vertical y la fuente de alimentación que genera todos los potenciales necesarios para el funcionamiento del instrumento. El TRC es el que se encarga de graficar los fenómenos eléctricos que se observan en una pantalla que posee recubierta de fósforo. Posee un cañón electrónico que genera y acelera un fino haz de electrones, los que al impactar en la pantalla transforman su energía cinética en luminosa. En la figura se esquematiza el tubo de rayos catódicos. En primer lugar posee un filamento que calienta al cátodo, el que por emisión termoiónica, genera electrones. Estos son atraídos por la influencia del ánodo A y de otro denominado de post-aceleración, que están a un potencial mayor que el cátodo. Posee además un electrodo de control de electrones (grilla G) y otro de enfoque (foco F). Debido a esta configuración, los electrones se transforman en un delgado haz que converge en la pantalla. La cantidad de

2 electrones, y por consiguiente el brillo producido en la pantalla, se controlan mediante la grilla G. A continuación se ubican las placas deflectoras, que se denominan horizontales (PDH) y verticales (PDV). Al aplicar un potencial eléctrico a ellas, se producen campos electrostáticos que materializan los ejes X e Y, reproduciendo la variable a observar: En la figura se simboliza el TRC tal como se dibuja en los circuitos. Esta deflexión se denomina electrostática. Espigas de conexión con el exterior Cátodo C Filamento Grilla G Foco F Anodo A Placas deflectoras Verticales (PDV) Figura Se ha descripto brevemente el TRC. Por otro lado, los controles primarios para observar una imagen en la pantalla son: Intensidad y Foco. Eje Y Mediante ellos se ajusta el punto luminoso que impacta en la pantalla para obtener un trazo bien definido. El bloque Generador, también llamado Base de tiempo, que está integrado al canal horizontal, es quien genera una señal que simboliza al eje X. La misma es una tensión que crece linealmente con el tiempo, denominada diente de sierra, que Eje X se aplica a las placas horizontales. Dicha tensión obligará al haz a desplazarse de izquierda a derecha de la pantalla, generando una línea según el eje X, que luego de alcanzado Figura el borde derecho, retorna rápidamente a la izquierda e inicia otro desplazamiento. A este movimiento de los electrones se lo denomina barrido. Este bloque posee los controles adecuados para generar la onda diente de sierra, y esto se logra con un control frontal calibrado en tiempo/división (t/div). Los valores están definidos por pasos, desde 0,S/div. hasta 0,5µS/div. En realidad controla la velocidad del barrido en el eje X que tiene 0 divisiones. También se puede modificar la posición en sentido horizontal del barrido y posee además otros controles que permite variar continuamente la velocidad o dejarla fija. También dispone de controles para la sincronización de la señal entrante. Finalmente, por el canal vertical ingresa la señal a observar, periódica, y es el encargado de adecuar la misma mediante un atenuador calibrado en volts/div.. Recuerde el estudiante que la pantalla posee 8 divisiones en el sentido vertical o eje Y, y esto permite medir la variable entrante. Además posee otro control continuamente variable y otro que varía la posición vertical. Combinando la variable que se introduce con el barrido, se obtiene la imagen en la pantalla, resultado de la composición gráfica de un punto que se desplaza a velocidad constante (barrido) sobre el eje X con la señal o muestra a visualizar que varía a lo largo del eje Y. Para que la imagen creada aparezca estable, debe cumplir con algunas condiciones que deben imponerse: sincronizar siempre el inicio de la señal diente de sierra en el mismo lugar Placas deflectoras Horizontales (PDH) Anodo de Post-aceleración P a n t a l l a

3 de la muestra, lo que da origen a la creación, por superposición de ellas, de una imagen fiel y estática, figura 4a y b. Si así no ocurriera, se observarían varias imágenes enmascarando el fenómeno a visualizar, ya que el inicio de cada barrido no se produce en el mismo lugar de la señal entrante, figura 5. Este enmascaramiento produce una imagen que continuamente se está moviendo no permitiendo fijarla lo que no la hace útil para su estudio. Muestras Figura 4a Tiempo Puntos de disparo Figura 4b Pantalla del osciloscopio Tiempo Puntos de disparo Figura 5 Pantalla del osciloscopio Con estas breves nociones, lo visto en clases teóricas y en el documento de cátedra, más lo que se consignará a continuación, permitirá al alumno estar en condiciones de comenzar a utilizar el osciloscopio y adquirir la experiencia necesaria. Con la utilización permanente de

4 este extraordinario aparato, el usuario conocerá cada vez más todas las posibilidades que brinda. PRIMEROS PASOS PARA COMENZAR A CONOCER EL APARATO Dado que la Experiencia de Laboratorio consistirá en medir diferentes señales, encontrar frecuencias y medir fases, convendrá en principio, familiarizarse con los controles. Con ello se logrará adquirir experiencia y se podrá utilizar este instrumento con toda idoneidad. Para esto es necesario que el alumno practique personalmente las veces que sea necesario. A partir de ahora deberá aprender a accionar debidamente cada uno de los controles de acuerdo a lo que necesite medir u observar. Primeramente, encenderá el aparato con el pulsador rojo (power), posteriormente verificará si hay barrido. Si el mismo aparece, controlará el brillo o intensidad (Intensity) y el foco (Focus) para obtener así una línea bien definida. Si no hay barrido, verificará el acoplamiento de sincronismo (Coupling), colocándolo en la posición automática (Auto). Esto significa que el generador de barrido acciona automáticamente sin la presencia de la señal de entrada. Se accionará el control de posición horizontal ( ) y verá como se desplaza la traza a lo largo del eje X. También se seleccionará la fuente de sincronismo (Source) en canal (CH) o canal (CH). En estas condiciones, si no había barrido anteriormente, ahora seguramente se obtendrá el barrido; se ajustará la intensidad y el foco si es necesario para obtener un trazo delgado y bien definido. Verificará también el control de posición horizontal para que la traza ocupe toda la pantalla; además accionará el control de posición vertical ( ) del canal elegido, observando como se mueve la traza en forma vertical. Para lograr las condiciones vistas, se deberá tener en cuenta que el control de velocidad de barrido u otro control específico no esté en la posición X-Y (pulsador ubicado al lado del control de posición horizontal), destinado a la medición de frecuencias a través del método de Lissajaus. Si está activado, seguramente se observará un punto en la pantalla. Note que en baja velocidad del trazo, la imagen parpadea y en alta es constante. Una vez visto lo anterior, se accionará con el control de acoplamiento de sincronismo (Coupling) colocándolo en normal (Norm); observará el alumno que la traza no aparece, puesto que no hay señal de entrada en él o los canales verticales. Posteriormente se ingresará una señal del generador de señales en alguno de los dos canales verticales, para lo cual tendrá que verificar el control de selección de canales (Vert Mode). Si se ingresa por CH, el selector deberá estar en esa posición Ch o en dual (Dual). Caso contrario, elegirá el canal. A continuación se accionará el control de velocidad de barrido (Time/div), llevándolo a una posición en la cual se observe uno o dos ciclos de la señal ingresada. Recuerde que este control se inicia en baja velocidad (0, S/div) y llega a alta velocidad (0, µs/div). Note que en baja velocidad, la imagen parpadea y en alta es constante. También se accionará con el control continuamente variable del barrido (Var Sweep). Se practicará en estas condiciones para familiarizarse con estos controles. Luego de esas operaciones, se accionará sobre el selector de entrada de señal, el que posee tres posiciones: AC; GND y DC. En primer lugar se colocará el mismo en GND. Se ajustará la traza con el control de posición vertical, de tal forma que la traza (la señal ha desaparecido) quede exactamente en el centro de la pantalla en sentido vertical. Posteriormente se colocará el selector en AC. Se observará entonces que si la señal es muy pequeña o muy grande, deberá accionarse con el atenuador vertical correspondiente (Volts/Div) hasta que se genere una imagen cómoda. También en estas condiciones, si la imagen no está sincronizada, se accionará el nivel de disparo de sincronismo (Trig Level), ya 4

5 sea en flanco positivo o negativo (Pull slope). Una vez lograda la sincronización, se observará en la pantalla una señal estática. Además también se actuará con el control de velocidad de barrido, pudiendo obtener el período completo de la señal observada, parte de él o varios períodos en la pantalla. También podrá accionar el control de posición horizontal para situar la señal entre las divisiones horizontales para medir correctamente. La señal entrante podrá ser rectangular, senoidal o triangular y su frecuencia elegida por el alumno. Si se ingresa con señal rectangular de muy baja frecuencia, del orden de los 00 Hz, se deberá tener en cuenta que la posición del selector de entrada deberá estar en DC. Es interesante que también con la misma señal se observe lo que sucede cuando se coloca dicho selector en AC. También convendría que baje la señal ingresada a 0 Hz (siempre rectangular) y vuelva a observar lo que sucede con la misma. Posteriormente, lleve la frecuencia a Khz y haga las mismas operaciones y observe lo que sucede. Para completar estas observaciones, coloque el generador en función senoidal y vuelva a comprobar, para las mismas frecuencias de la rectangular, lo que observa. Con lo visto anteriormente, se estará ahora en condiciones de poder medir con el osciloscopio, para lo cual se ha preparado la correspondiente Guía de la Experiencia. La misma consiste en medir señales armónicas y observar otras formas. Las mediciones que se realizarán serán de frecuencia, ya que se conocerá el período y de amplitud. En las senoidales se calculará también el valor eficaz de las mismas a partir del valor pico. También se trabajará con dos señales ingresando simultáneamente en el modo de dos canales, por el CH y el CH. Ello permite comparar las mismas, bajo ciertas condiciones. 5

6 DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Y AUTOMATICA INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD Exp. de Laboratorio Nº Alumno:... Registro Nº:... Fecha:... /... /... Grupo:... USO Y MANEJO DEL OSCILOSCOPIO: MEDICION DE VOLTAJES ) Objetivo de la experiencia Se trata de que el alumno aprenda a conocer los distintos controles del aparato y pueda utilizarlo en la observación y medición de diferentes señales. ) Realización de la experiencia. Como seguramente el alumno ya conoce los controles del aparato por la introducción de la experiencia en los párrafos anteriores, procederá ahora a encender el mismo y tratará de obtener una línea bien definida con el control de barrido 0, ms/div. El selector de entrada del canal CH deberá estar en GND. Actúe con el control de posición vertical de dicho canal de tal forma que la línea quede en el centro.. Conéctese el generador de funciones, último borne a la derecha del aparato mediante un cable coaxil con dos conectores BNC al canal CH.Coloque el control en DC Figura.. Ajuste la frecuencia del generador en KHz y con señal senoidal y la salida del mismo en la la mitad del recorrido del control del generador. Ajuste el control de barrido en 0, ms/div, el variable en cal. y ajuste el control de atenuación del canal CH en Volt/div, y el variable en cal.. Trate de obtener un ciclo completo en la pantalla que tenga un valor pico a pico de 6 u 8 Volts. Lea el período y obtenga la frecuencia ( f=/t) y saque el valor eficaz de la señal ingresada. Deberá también colocar el selector de entrada en AC. Dibuje lo observado y anote los valores obtenidos..4 Cambie la frecuencia del generador y su amplitud y para cada caso ajuste los controles para obtener un ciclo o dos en la pantalla con diferentes amplitudes. Anote y dibuje..5 Cambie, en el generador la forma de onda de senoidal a cuadrada y triangular y observe las mismas. Practique con diferentes frecuencias y amplitudes. Anote y dibuje..6 Realice los mismos pasos del punto. pero ahora con el control de entrada en DC y con una frecuencia de 00 Hz rectangular. Obtenido un ciclo completo en la pantalla, ahora observe lo que sucede cuando cambia el control de entrada a AC. Analice y dibuje. Repita, pero ahora para 0 Hz. Repita para senoidal y analice. ) Problemas. Para todos los casos determine el período y la frecuencia; dibuje lo obtenido y para el paso.6. Saque conclusiones y escríbalas. OSCILOSCOPIO GENERADOR DE FUNCIONES Frec Sal CH CH 6