CAPITULO III Operación

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1 CAPITULO III Operación Operar adecuadamente un osciloscopio significa saber efectuar las conexiones y posicionamientos adecuados en las terminales y controles del aparato para obtener un trazo preciso de la señal que se desea observar. Todo esto con el objeto de poder efectuar mediciones de voltaje e intervalos de tiempo, que son las mediciones primarias que efectúa un osciloscopio y de donde se pueden derivar indirectamente mediciones de fase, frecuencia, corriente y otra serie de parámetros más específicos de sistemas no eléctricos (mecánicos, térmicos, etc). Para poder establecer indicaciones adecuadas en la operación de un osciloscopio es necesario describir, aunque sea brevemente, los controles más comúnmente encontrados en estos aparatos y las funciones que desempeñan. Desafortunadamente existen tantos modelos y fabricantes diferentes de osciloscopios, que no es posible describir cada control para cada modelo. Sin embargo, se pueden encontrar una serie de controles de empleo universal en casi todos los osciloscopios, aunque con ligeras variantes en sus nombres. En esta sección empezaremos dando una lista de estos controles y sus funciones. Posteriormente describiremos los controles adicionales encontrados en un osciloscopio especifico del tipo que se emplea para propósitos generales en el laboratorio. Para esto escogimos el osciloscopio Hitachi modelo V-222, que por su precio y amplias prestaciones, se ha popularizado notablemente. Finalmente, expondremos con cierto detalle las acciones y conexiones especificas que se han de establecer en este aparato a fin de tenerlo a punto para la realización de algunas mediciones básicas presentadas en el siguiente capítulo. Controles mas comunes La siguiente es una lista de los controles más comúnmente encontrados en un osciloscopio, con una breve descripción de su función. Se les cita con el nombre en inglés, ya que éste es el lenguaje en que la inmensa mayoría de los controles en este tipo de instrumentos vienen presentados. Power:Para encender y apagar el osciloscopio (después de haber sido conectado).

2 Intensity: Para controlar la brillantez de la traza en la pantalla del osciloscopio. Este control maneja directamente el potencial negativo de la rejilla de control del CRT (capítulo 2). Es muy recomendable mantener un brillo relativamente bajo a fin de prolongar la vida del recubrimiento fosforescente de la pantalla del CRT. Focus: Este control va conectado al nodo de enfoque del CRT (capítulo 2). Su función es producir una traza bien delineada en la pantalla del osciloscopio. Astigmatismo: Este control trabaja en interacción con el control de enfoque. Su función es la de mejorar la definición de la traza en la pantalla mediante el control del potencial aplicado al electrodo de astigmatismo (capítulo 2). En algunos osciloscopios se tiene acceso a este control solo por medio de un desarmador en una ranura de ajuste ubicada en la parte posterior del aparato. Vertical Position: Sirve para controlar el centrado vertical de la traza en la pantalla. Ajusta un potencial de D.C. a las placas de deflexión vertical. Horizontal Position: Sirve para controlar el centrado horizontal de la traza sobre la pantalla. Ajusta un potencial de DC. en las placas de deflexión horizontal. Scale Ilumination: Es un control que provee iluminación a la retícula de la pantalla. Las líneas de esta retícula resaltan sobre el fondo al ser iluminadas por una luz desde la orilla de la pantalla. Vertical Sensitivity: Este control determina el valor del voltaje que se requiere aplicar en la entrada del sistema de deflexión vertical para desplazar el haz un centímetro (una división en la retícula). Para ello, el control utiliza un conmutador rotativo de pasos que modifica la ganancia del amplificador vertical en incrementos discretos. Valores típicos para este control se encuentran desde 10 mv/cm hasta 20 v/cm. Vernier Vertical Sensitivity: Este es un control continuo que ajusta el mismo parámetro que el control anterior, solo que lo hace en forma suave y entre los límites marcados por dos posiciones contiguas del control discreto de la sensibilidad vertical. Debe de ponerse en la posición "CAL" cuando no se le piense usar, pues es la única forma en que resultan válidas las graduaciones marcadas en el control "vertical sensitivity".

3 Time/Division o Sweep Time: Perilla que controla el tiempo que ha de durar el recorrido del punto luminoso del haz en la pantalla durante su barrido horizontal y que se obtiene directamente del período de la señal "diente de sierra". Por lo general, este tiempo de recorrido se especifica en seg/div, ms/div y µs/div. Entre más pequeña sea la graduación establecida, más rápidos serán los barridos horizontales efectuados por la traza. Es coman encontrar también que en cierta posición de esta perilla se establezca la modalidad del barrido horizontal externo. Vernier Sweep Time : Este ajuste permite controlar en una forma continua pero fuera de calibración al control del tiempo de barrido mencionado anteriormente. El ajuste se realiza dentro los intervalos marcados en los pasos de la perilla anterior. Trigger Source: Selecciona el origen de la señal de disparo. Mediante el empleo de este control, el usuario puede escoger la fuente de la señal que se emplear para sincronizar el barrido horizontal con la señal de entrada del amplificador vertical. Se tienen por lo general tres opciones: Internal: La misma salida del amplificador vertical es utilizada para sincronizar el barrido horizontal. En la gran mayoría de las aplicaciones este es el tipo de sincronía m s adecuado. Line: En esta posición la señal de la línea (60HZ) es seleccionada como señal de sincronía. Esta modalidad es recomendable cuando la señal que se analiza guarda una relación fija con la frecuencia de la línea. External: Cuando se selecciona esta posición, debe aplicarse una señal externa para sincronizar el barrido horizontal con la señal presente en el amplificador vertical. Esta señal de sincronía debe aplicarse entre las terminales llamadas "External Trigger Input" y debe mantener una relación de fase estable con la señal que se desea observar. Trigger Slope: Con este conmutador se determina el tipo de pendiente, negativa o positiva, al que ha de responder el pulso disparador de la señal de barrido. Sweep Magnifier: Este selector permite al usuario disminuir la escala (aumentar la velocidad) de la graduaciones del control "Time/Div." por una factor determinado (por 5 o

4 por 10 generalmente). Esto permite disponer de más escalas de las que provee por si solo este control. Beam Finder: Interruptor de presión que auxilia al usuario en la localización de la traza del CRT cuando ésta, por cualquier razón, se encuentra perdida (fuera de pantalla). Esto suele suceder cuando se han movido desproporcionadamente los controles de posición vertical y horizontal. Por lo que se refiere a las terminales eléctricas de entrada o salida más comúnmente encontradas en un osciloscopio, podemos citar a las siguientes: Vertical Input: Terminales eléctricas de entrada correspondientes al amplificador de deflexión vertical en donde se aplica la señal que se desea observar en el osciloscopio. Horizontal Input: Terminales eléctricas de entrada similares a las de la entrada vertical. Se emplean cuando se desea efectuar barrido horizontal en forma externa. También se acostumbran emplear estas terminales cuando se quiere controlar (modular), la intensidad del haz electrónico por medio de una señal externa; en este caso se dispone de un conmutador para la selección de modalidad. External Triggering: Conjunto de terminales eléctricas parecidas a las anteriores que se usan cuando se trabaja en la modalidad de sincronía externa (ver el control "trigger source"). En estas terminales se debe de aplicar la señal con la que se establecerá la incronía del barrido horizontal. Las terminales de entrada mencionadas anteriormente disponen de un conmutador que permite al usuario seleccionar el tipo de acoplamiento que desea para la señal que estéé aplicando: coplamiento DC, acoplamiento AC o cancelación de entrada por puesta a tierra. Véase la sección de amplificadores en el capitulo 2 para mayores detalles. Cal Out: Esta es una terminal eléctrica de salida que incorporan algunos osciloscopios, a través del cual se proveé al usuario de una onda cuadrada de frecuencia y amplitud muy precisas, con el objeto de que se pueda llevar a cabo la calibración en las escalas vertical y horizontal de la pantalla de acuerdo a las indicaciones que el mismo fabricante, en su manual de operación, especifica. Debe tenerse especial cuidado en no

5 aplicar señal alguna en esta terminal. En algunos casos el usuario no tiene acceso a esta señal sino a través del interior del aparato en donde se encuentran disponibles determinados dispositivos de ajuste. Pasaremos ahora a describir las características generales y controles específicos de un osciloscopio típico de propósito general: el HITACHI V-222. Este osciloscopio, mostrado en la figura 3.1, presenta las siguientes características generales: Doble Trazo (canales 1 y 2). Ancho de Banda: DC-40 MHZ. Sensibilidad: 1mv/div. Pantalla de 6" Retícula en pantalla (no paralaje). Figura3.1 Osciloscopio HITACHI V-222 Los controles epecíficos de este osciloscopio, indicados en la figura 3.2, se mencionan a continuación junto con una breve descripción de ellos. El lector habrá de referirse a las explicaciones que dimos al inicio de este capitulo.

6 Figura 3.2 Controles del HITACHI V Power: Interruptor que enciende (posición adentro) o apaga (posición afuera) al osciloscopio. 2-Power: Lamparita indicadora del estado de encendido o apagado 3-Focus: Control del enfoque del haz. 4-Scale Ilum: Control de la iluminación de la retícula. 5-Trace Rotation: Control para alinear la traza del CRT con las líneas horizontales de la retícula. 6-Inten: Control de la intensidad lumínica del haz. 7-Voltage Selector: Control situado en la posterior del aparato que permite seleccionar el nivel de voltaje de la alimentación para el osciloscopio: 110 ó 220 volts AC. 8-AC Inlet: Entrada para el cable de alimentación.

7 9-CHI Input: Conector tipo BNC para la entrada vertical correspondiente al canal 1. Cuando se trabaja en la modalidad X-Y (control 26) esta terminal se convierte en la entrada para el barrido X. 10-CH2 Input: Conector tipo BNC para la entrada vertical correspondiente al canal 2. En la modalidad X-Y esta terminal sirve como entrada para el eje Y. 11-AC-GND-DC: Selector del tipo de acoplamiento para la señal aplicada en el canal 1. Se dispone de las opciones de acoplamiento para AC, DC o aterrizaje de las terminales de entrada tal como se explicó en el capitulo AC-DC-GND: Selector similar al anterior pero para el canal 2 13-Volts/Div: Selector de escala en el amplificador de deflexión vertical referido a la señal aplicada en el canal 1. Corresponde al control "Vertical Sensitivity" explicado anteriormente. Cuando se emplean puntas de prueba con atenuadores 10:1, la lectura de este selector deber multiplicarse por Volts/Div: Similar al anterior pero para el canal Var: Control de ajuste fino en la escala vertical del canal 1 correspondiente al par metro "Vernier Vertical Sensitivity" descrito anteriormente. Cuando este control es jalado hacia afuera, el factor de amplificación del control 13 se multiplica por Var: Similar al anterior pero para el canal y 18-Uncal: Indicador del estado de fuera de calibración (encendido) del control 19-Position: Control que corresponde al ajuste "Vertical Position" que se describió al inicio del capitulo; en la posición hacia afuera este control le agrega a la señal de entrada un potencial de compensación que permite al usuario amplificar selectivamente ciertas porciones de la señal a fin de tener una mejor observación de ellas. Este potencial puede ser leído con un voltímetro en la terminal Position: Control similar al anterior pero aplicable al canal 2. En la posición hacia afuera de esta perilla, la señal presente en la entrada es invertida en su polaridad. Esto puede ser útil cuando se emplea el control "mode" que enseguida explicamos.

8 21-Mode: Selector que permite al usuario visualizar en pantalla al canal 1 (posición CH1), al canal 2 (posición CH2) o a los dos canales en forma simultánea en las modalidades ALT y CHOP tal como se explicó en el capitulo 2. En la posición ADD, el usuario visualizar la suma algebraica de las sedales presentes en los canales 1 y 2; si la perilla del control 20 es jalada hacia afuera, con esta modalidad se podría observar la diferencia entre las sedales presentes en los canales 1 y 2 (CH1-CH2) 22-CH1 Output: Conector en donde el usuario tiene disponible, para cualquier uso, a la misma señal aplicada en el canal DC Offset Volt Out: Conector en donde el usuario dispone, para su medición con otro aparato, del voltaje de compensación aplicado cuando se jala la perilla de control DC-Bal: Ajuste que permite al usuario, en el proceso de calibración, establecer el nivel cero de la traza vertical del canal 1 cuando su entrada se aterriza por medio del conmutador 11. Refiérase al manual para los procedimientos de ajuste. 25-DC-BAL: Similar al ajuste anterior pero referido al canal Time/Div: Conmutador de selección para la velocidad de barrido. Dispone de 19 velocidades diferentes que van desde 0.2æs/div hasta 0.2seg/div. Con este selector también se puede acceder a la modalidad X-Y del osciloscopio cuando se conmuta a la posición marcada "X-Y" ubicada en el extremo inferior hacia la derecha. En esta modalidad, el barrido horizontal se aplica en el canal 1 y el barrido horizontal en el canal 2 27-SWP VAR: Control que corresponde al llamado "Vernier Sweep Time" que describimos al inicio de este capitulo. Cuando la perilla se gira en el sentido marcado por la flecha hasta el extremo, este control queda fuera de acción y se queda en un estado de calibración de acuerdo a las escalas marcadas en el conmutador 26. Fuera de esta posición el conmutador selector de barrido se encuentra en un estado de descalibración. 28-Uncal: Lámpara indicadora de los estados mencionados en el control anterior. Cuando está encendida señala la posición de desca libración. 29-Position: Control que corresponde al ya descrito "Horizontal Position" al principio del capitulo. Jalando la perilla se multiplica la velocidad del barrido horizontal por

9 un factor de 10; esto significa que la lectura as tomada en el conmutador TIME/DIV debe dividirse entre CH1 Alt Mag: Interruptor que permite amplificar en un factor de 10 a una porción central de la señal aplicada en el canal 1 y exhibirla tres divisiones por debajo de ésta, como si estuviera aplicada en otro canal. 31-Source: Control que corresponde al que llamamos "Trigger Source" al inicio del capitulo. 32-Int Trig: Conmutador que permite seleccionar de entre tres fuentes de sincronía interna cuando el control anterior ha sido puesto en la modalidad INT. Estas formas son: CH1: La sincronía del barrido horizontal se efectúa con la señal aplicada en el canal 1. CH2: La sincronía del barrido horizontal se efectúa con la señal aplicada en el canal 2. VERT MODE: La sincronía del barrido horizontal se lleva a cabo alternadamente con las señales de los canales 1 y 2. Esta es una modalidad muy útil para observar dos sedales que carecen de una relación de fase definida entre ellas. 33-Trig In: Conector en donde se debe de aplicar la señal de sincronía externa cuando se trabaje en esta modalidad. 34-Trig Level: Control que permite seleccionar la porción de la señal (el momento preciso) en donde se ha de iniciar el barrido horizontal. También permite seleccionar el tipo de pendiente (positiva o negativa) sobre la cual la sincronía del barrido se ha de efectuar. Este control es muy importante para estabilizar una señal escurridiza (señales que "caminan") pues permite al usuario buscar el punto óptimo que facilite el trabajo de sincronía a los circuitos del osciloscopio. 35-Trig Mode: Selector de la modalidad en la producción del barrido horizontal. Presenta cuatro posiciones: AUTO: En esta modalidad el barrido horizontal se presenta en forma continua, independientemente de si hay o no sedales presentes en las terminales de entrada y de sincronía. Es una modalidad útil para los casos mas comunes, incluyendo la visualización de sedales de DC. NORM: Modalidad en la que el barrido horizontal es producido sólo cuando se encuentra presente una señal de sincronía adecuada. No aparecer la traza cuando no haya señal alguna presente. Es una modalidad recomendada para observar sedales de baja frecuencia (menos de 25 HZ).

10 TV(V): Modalidad especialmente disecada para observar la señal compuesta de TV en su trazo vertical. TV(H): Modalidad especialmente disecada para observar la señal compuesta de TV en su trazo horizontal. Refiérase al manual de operación del osciloscopio para mayor detalles de estas dos modalidades. 36-Ext. Blanking: Conector en donde se puede aplicar una señal moduladora de la intensidad del haz en la pantalla. Corresponde al también llamado "eje Z" del osciloscopio. Los niveles positivos de voltaje reducen la brillantez del haz y los negativos la aumentan. 37-CAL 0.5 V: Terminal en donde el usuario dispone de una señal de onda cuadrada de 0.5 volts de amplitud y de 1 KHZ de frecuencia, con la que se puede calibrar el osciloscopio. 38-GND: Terminal de tierra del osciloscopio. Está conectada directamente al chasis del aparato y a la tercera terminal del cable de la alimentación. Ahora bien, con la explicación que acabamos de dar sobre los controles de un osciloscopio específico, podemos pasar a describir una prueba de operación muy sencilla con este mismo aparato que nos permitirá corroborar tanto el buen estado del osciloscopio como el manejo apropiado de sus controles. Esta prueba es aplicable en cualquier otro osciloscopio con pequeñas modificaciones en las indicaciones. La prueba que describiremos enseguida consiste en observar y medir la amplitud y frecuencia de la señal de calibración que el propio osciloscopio ofrece al usuario para efectos de calibración. En el osciloscopio Hitachi V-222 esta señal se encuentra disponible en la terminal 37, que como ya señalamos, es una onda cuadrada de 0.5 volts de amplitud y una frecuencia de 1KHZ. Para proceder a efectuar esta prueba, el operario debe establecer las siguientes posiciones para los controles: CONTROL POSICIÓN CONTROL POSICIÓN 1 Apagado 30 Afuera 11 DC 31 INT v/div 32 CHI 15 Oprimido 34 Afuera 21 CH1 35 Auto

11 ms/div 6 Media 27 y 28 Apagado 29 Adentro Con los controles así establecidos se debe proceder enseguida a encender el aparato (control 1) y esperar unos 15 segundos a que aparezca la traza sobre la pantalla. Esta traza deber centrarse y, en su caso, ser localizada mediante el ajuste de los controles 19 (posición vertical) y 26 (posición horizontal). Una vez posicionada la traza deberá ser afinada en brillantez y enfoque mediante los controles 6 y 3 hasta conseguir una línea delgada y bien definida. A continuación conecte una punta de prueba en la entrada del canal 1 y establezca contacto con el otro extremo de la punta en la terminal 37 que corresponde a la señal de calibración del osciloscopio. Una onda como la mostrada en la figura 3.3deberá aparecer sobre la pantalla Figura 3.3 Señal de calibración del HITACHI V-222 La señal cuadrada deber ocupar 2.5 divisiones en la escala vertical y entre dos flancos de subida consecutivos deberán cubrirse 5 divisiones en la escala horizontal. Estas dimensiones en retícula corresponden, de acuerdo a los controles 13 y 26, a una magnitud de 0.5 volts y una frecuencia de 1 KHZ en la onda de calibración del osciloscopio. Estamos tomando en cuenta un factor de atenuación de 1/10 en la punta de

12 prueba. Por supuesto que el usuario, a fin de medir la frecuencia de la onda, puede tomar cualquier otro par de puntos de referencia sobre la señal, con tal de que estos correspondan a un período y sean claramente identificables en la pantalla. Los flancos de subida consecutivos son dos buenos ejemplos de referencias a tomar para efectos de medir período y, por consiguiente, la frecuencia (f = 1/T). Una vez efectuada la prueba anterior, el usuario del osciloscopio podrá verificar su adecuado manejo de los controles del aparato, cambiando y ajustando éstos en sus diferentes modalidades y escalas a fin de adquirir una mayor familiaridad con el osciloscopio, que posteriormente le permitirá proceder con seguridad en cualquier operación de análisis y medición.