Práctica de Laboratorio Tema 4: Laboratorio Nº 2: USO Y MANEJO DEL OSCILOSCOPIO MEDICIÓN DE VOLTAJES. Índice

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1 Práctica de Laboratorio Tema 4: Medidas Eléctricas: El Osciloscopio Laboratorio Nº 2: USO Y MANEJO DEL OSCILOSCOPIO MEDICIÓN DE VOLTAJES Índice 1 Medidas Eléctricas: El Osciloscopio Introducción Teórica Tubo de rayos catódicos Nociones sobre los controles del osciloscopio Laboratorio Nº 2: USO Y MANEJO DEL OSCILOSCOPIO: MEDICIÓN DE VOLTAJES Objetivo Materiales Implementación... 8 Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 1 / 11

2 1 Medidas Eléctricas: El Osciloscopio 1.1 Introducción Teórica Tubo de rayos catódicos 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 1: EJE Y ENTRADA Y VERTICAL GENERADOR DE BARRIDO EJE X TRC FUENTE PANTALLA Figura 1: Diagrama en bloques de un osciloscopio 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 2 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 Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 2 / 11

3 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 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 electroestáticos que materializan los ejes X e Y, reproduciendo la variable a observar: En la figura 3 se simboliza el TRC tal como se dibuja en los circuitos. Esta deflexión se denomina electroestática. Espigas de conexión con el exterior Filamento Placas deflectoras Verticales (PDV) Pantalla Cátodo C Grilla G Foco F Ánodo A Placas deflectoras Horizontales (PDH) Ánodo de Post-aceleración Figura 2: Tubo de rayos catódicos Eje Y Eje X Figura 3: Placas deflectoras Se ha descripto brevemente el TRC. Por otro lado, los controles primarios para observar una imagen en la pantalla son: Intensidad y Foco. 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 se aplica a las placas horizontales. Dicha tensión obligará al haz a desplazarse de izquierda a Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 3 / 11

4 derecha de la pantalla, generando una línea según el eje X, que luego de alcanzado 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 0,2S/div. hasta 0,5μS/div. En realidad controla la velocidad del barrido en el eje X que tiene 10 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. Muestras (a) Tiempo Puntos de disparo (b) Pantalla del osciloscopio Figura 4: Señal sincronizada en la pantalla. 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 Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 4 / 11

5 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 de la muestra, lo que da origen a la creación, por superposición de ellas, de una imagen fiel y estática, Figura 4 a 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 a y b. Este enmascaramiento produce una imagen que continuamente se está moviendo no permitiendo fijarla lo que no la hace útil para su estudio Tiempo Puntos de disparo (b) Pantalla del osciloscopio Figura 5: Señal no sincronizada en la pantalla Nociones sobre los controles del osciloscopio Dado que la Experiencia de Laboratorio consistirá en medir diferentes señales, encontrar frecuencias y medir fases, convendrá en principio, familiarizarse con los controles del osciloscopio. Una vez encendido el osciloscopio control de Acoplamiento (Coupling), en la posición automática, permite operar el osciloscopio sin presencia de señal de entrada para la verificación de barrido. Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 5 / 11

6 Una vez que aparezca el barrido adecuar el brillo y la intensidad, con los controles correspondientes, para obtener así una línea bien definida. Verificar el desplazamiento de la traza a lo largo del eje X con el control de posición horizontal. Seleccionar la fuente de sincronismo (Source) en canal 1 o canal 2, verificar el desplazamiento vertical de la traza en canal elegido con el control de posición 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. Se colocará el control de acoplamiento en modo normal (desaparecerá la traza) y se ingresará una señal del generador de señales en alguno de los dos canales verticales. Para la visualización debe usar el control de selección de canales. Variando el control de velocidad de barrido (Time/div), deberá poder observar en la pantalla uno o dos ciclos de la señal ingresada. Este control se inicia en baja velocidad (0,2 S/div) y llega a alta velocidad (0,1 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). Luego de esas operaciones, se variará 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 ajustarse 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 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 Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 6 / 11

7 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 100 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 10 Hz (siempre rectangular) y vuelva a observar lo que sucede con la misma. Posteriormente, lleve la frecuencia a 1Khz 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. Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 7 / 11

8 1.2 Laboratorio Nº 2: USO Y MANEJO DEL OSCILOSCOPIO: MEDICIÓN DE VOLTAJES Apellido y Nombre:.. Registro N EL ALUMNO DE FORMA INDIVIDUAL DEBE COMPLETAR ESTE INFORME DURANTE EL HORARIO DE LABORATORIO. LO HARÁ CON LETRA CLARA Y PROLIJA Y SERÁ ENTREGADO AL FINALIZAR LA PRÁCTICA PARA SU EVALUACIÓN POSTERIOR Objetivo El objetivo es que el alumno conozca los distintos controles del osciloscopio y pueda utilizarlo en la observación y medición de diferentes señales Materiales Osciloscopio Puntas conectoras para Osciloscopio 1 Generador de señal Cable coaxial con dos conectores BNC Implementación OSCILOSCOPIO GENERADOR DE FUNCIONES Frec Sal CH1 CH2 Figura 6: Conexión del osciloscopio. Encender el osciloscopio y utilizando los controles correspondientes verificar traza y barrido hasta obtener una línea bien definida y centrada verticalmente en el canal elegido. Posteriormente conectar el generador de funciones, mediante un cable coaxial con dos conectores BNC a uno de los canales de entrada del osciloscopio, Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 8 / 11

9 como se esquematiza en la Figura 6. Para realizar las mediciones verificar que el selector de entrada de señal esté en la posición DC. Ajuste los controles del osciloscopio para obtener las mediciones solicitadas y dibuje lo que observa en la pantalla. 1 ra Medición (Senoidal) Volts/div Tensión de pico Tensión pico a pico Tensión eficaz Tiempo/división Período Frecuencia 1 V 0.1 ms 2 da Medición (Senoidal) Volts/div 2 V Tensión de pico Tensión pico a pico Tensión eficaz Tiempo/división 0.2 µs Período Frecuencia 3 ra Medición (Triangular) Volts/div 2 V Tensión de pico Tensión pico a pico Tensión eficaz Tiempo/división 0.4 ms Período Frecuencia Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 9 / 11

10 Verificar que el selector de entrada de señal esté en la posición DC, para la señal cuadrada. 4 ra Medición (Cuadrada) Volts/div Tensión de pico Tensión pico a pico Tensión eficaz Tiempo/división Período Frecuencia 2 V 2 ms Cambiar el selector de entrada de señal a la posición AC (con la misma señal). Dibuje lo observado. A qué se deben las diferencias observadas? Ahora con el selector de entrada de señal en la posición AC, cambiar en el generador el tipo de señal a senoidal y triangular. Se observan diferencias con lo realizado anteriormente para estas señales en DC? Por qué? Tema 4 Teoría de Circuitos Pag. 10 / 11

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