CURSO TALLER ACTIVIDAD 5 OSCILOSCOPIO MANEJO BÁSICO MEDICIÓN DE AMPLITUD, PERÍODO Y FRECUENCIA

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1 CURSO TALLER ACTIVIDAD 5 OSCILOSCOPIO MANEJO BÁSICO MEDICIÓN DE AMPLITUD, PERÍODO Y FRECUENCIA El instrumento que se usa para ver la forma de onda de una señal de tensión en función del tiempo, es el osciloscopio. Un osciloscopio permite medir el valor instantáneo, el valor pico o el valor pico-pico de una señal. En la figura 1 se muestra el osciloscopio GRS- 6052, que es el que se usa en las prácticas del curso de taller. Figura 1. Osciloscopio GRS Todo fenómeno dependiente del tiempo, como una corriente eléctrica, una oscilación mecánica, los fenómenos cardíacos y cerebrales, que puedan traducirse en una variación de tensión en función del tiempo, pueden ser observables en el osciloscopio. El osciloscopio permite la observación cuantitativa del fenómeno, para ello el instrumento viene calibrado en tensión (eje vertical) y en tiempo (eje horizontal). En la figura 2 se muestra un ejemplo de cómo se visualizan señales en el osciloscopio. Figura 2. Visualización de señales en un osciloscopio. 1

2 En la figura 2a se muestra un voltaje de C.D de valor V 0 en la pantalla del osciloscopio. El eje x, representa el tiempo y se mide en segundos (s), milisegundos (ms) o microsegundos (us). El eje y esta calibrado en voltios o mili-voltios. En la figura 2b se muestra una tensión tipo diente de sierra en la pantalla del osciloscopio. En este caso es una señal de período T b y su amplitud es V bmax. Esta es la forma de onda que usa internamente el osciloscopio para generar la tensión de barrido. Cómo esta conformado un osciloscopio? La parte esencial del osciloscopio es el tubo de rayos catódicos (TRC), al cual se describe brevemente. Tubos de Rayos Catódicos TRC El TRC consta básicamente de un cañón electrónico, un sistema de placas deflectoras horizontal (X) y vertical (Y) y una pantalla fluorescente, todo colocado en el interior de un tubo en el que se ha hecho un vacío elevado, como se muestra en la figura 3. Figura 3. Esquema del tubo de rayos catódicos. El cañón de electrones tiene por objeto producir un haz de electrones cuya intensidad puede variarse con continuidad dentro de un determinado intervalo y enfocarlo definidamente sobre la pantalla. Los electrones se obtienen por calentamiento de un cátodo emisor. Al salir de este los electrones pasan a través de una abertura practicada en una rejilla, que puesta a un potencial negativo variable, permite controlar el número de electrones que la atraviesan, luego, éstos son acelerados por un potencial positivo aplicado en un ánodo. El potenciómetro que realiza la variación del potencial negativo se denomina control de brillo (como en los TV). El haz de electrones que sale es divergente, por lo que es necesario concentrarlo sobre la pantalla fluorescente, lo que se logra por medio de electrodos cilíndricos que forman un sistema de lentes electrostáticas. La idea es obtener campos eléctricos que realicen la operación de hacer volver sobre el eje a los electrones desviados, lo que se logra con una conformación adecuada de los electrodos y una adecuada diferencia de potencial entre ellos, obtenida por medio de un potenciómetro que se denomina control de foco. Para medir una señal con el osciloscopio, por ejemplo una tensión periódica tipo v=v(t), esta debe aplicarse a las placas deflectoras verticales (Y), al hacer esto, el haz de electrones emitido por el cañón experimentará desplazamientos verticales proporcionales a la tensión v(t), lo que se verá reflejado en la pantalla, como un punto luminoso que sube y baja a lo largo de un mismo segmento rectilíneo vertical de período T, igual al de la señal aplicada. 2

3 Realmente la señal (tensión V(t)) no se aplica directamente a las placas verticales. La señal pasa primero por un circuito atenuador/amplificador y luego va a las placas deflectoras verticales. Para obtener en la pantalla del osciloscopio la gráfica de v(t) versus t (tiempo), será necesario desplazar horizontalmente el haz uniformemente de izquierda a derecha, al mismo tiempo que experimenta el desplazamiento vertical debido a la tensión V. Este desplazamiento horizontal o barrido se logra aplicando a las placas deflectoras horizontales (X) una tensión Vb de barrido periódica (Ver figura 2b), que crece linealmente con el tiempo y sincronizada con la frecuencia de v(t) tal que, cuando Vb tome su valor mínimo el haz se encuentre en el extremo izquierdo de la pantalla y luego a medida que Vb aumenta el haz se mueve hacia la derecha de la pantalla hasta que cuando Vb toma el valor máximo el haz alcanza el extremo derecho de la pantalla (para el caso en el que el período de la tensión V(t) sea el mismo que el período de la tensión de barrido Vb). Como el proceso debe repetirse, es necesario que el haz vuelva al principio de la pantalla y comience nuevamente el ciclo de barrido, como se indica en la figura 4. Figura 4. Señal de base de tiempo. 3

4 PANEL FRONTAL CONTROLES DE PANTALLA Los controles de pantalla, que se muestran en la figura 5, permiten ajustar el aspecto de la forma de onda en la pantalla y proporcionar una compensación de la punta de prueba Figura 5. Controles de pantalla. (1) Power - Pushbutton Cuando se enciende el osciloscopio, todos los LEDs se encienden momentáneamente y se debe esperar unos segundos, para que el osciloscopio alcance el modo de operación normal. Queda encendido el LED que indica condición ON. (2) Trace Rotation Se usa para alinear la traza horizontal en paralelo con líneas de la cuadrícula. Este potenciómetro puede ser ajustado con un pequeño destornillador (perillero). Este ajuste generalmente no lo hace el usuario. (3) INTEN Perilla de control de intensidad (tiempo real solamente) La perilla de control de intensidad, se utiliza para ajustar la intensidad de las trazas en el modo de tiempo real. Girar la perilla en el sentido horario para aumentar la intensidad, y girarla en sentido anti-horario para disminuir la intensidad (4) FOCUS Perilla de control de enfoque, tanto de la traza como de los valores de lectura. (5) CAL Este terminal proporciona una señal de referencia de 0,5 voltios pico-pico a una frecuencia de 1 KHz para el ajuste de la punta de prueba. 4

5 (6) GROUND SOCKET Conector tipo hembra galvánicamente conectado a tierra de seguridad. Este conector se puede usar como una conexión de referencia de potencial para DC y para medidas de señales de baja frecuencia. (7) TEXT/ILLUM Perilla de control con una doble función. Este control sirve para seleccionar la función de lectura de texto o la función de la intensidad de iluminación de la escala, y se indica con la letra "Texto" o "ILUMINACIÓN" en la lectura. Pulse el botón de con las siguientes secuencias: "TEXTO" - "ILUMINACIÓN" - "TEXTO" La función TEXTO / ILLUM se asocia a la perilla de control VARIABLE (9). Se gira el control hacia la derecha para aumentar la intensidad de texto o la iluminación de la escala, mientras que se gira el control hacia la izquierda para disminuir la intensidad. Se debe pulsar el botón para cambiar el TEXTO / ILLUM encendido o apagado. En el modo de almacenamiento, el brillo de la forma de onda en la pantalla puede ser controlado en la función "TEXTO". (8) CURSORS Funciones de medida. Hay dos pulsadores y están asociados a la perilla de control VARIABLE (9). Cuando el botón se pulsa, las tres funciones de medición serán seleccionados en la secuencia de la siguiente manera: V - T - 1 / T - OFF V: Aparecen dos cursores horizontales. La tensión entre los dos cursores se calcula de acuerdo a la configuración de volts/div, y se muestran con V en la parte superior de la pantalla. Single canal mode (CH1 ó CH2) - modo de un solo canal (CH1 o CH2): El resultado del V medido es automáticamente relacionado con el coeficiente de deflexión del canal activo. La lectura muestra en la pantalla " V1" o " V2". Dual chanel mode - modo de doble canal: Las líneas de cursor se deben establecer en el CH1 o CH2 de la señal. Como los coeficientes de deflexión pueden ser diferentes, se debe elegir entre el coeficiente de deflexión de CH1 y CH2. ADD mode modo suma En el modo suma ADD, dos señales de entrada se muestran como una señal (suma o resta). Como el resultado sólo se puede determinar si los dos coeficientes de deflexión son iguales (calibrados), la lectura indica " V" sin ningún tipo de información adicional del canal. Diferentes valores de coeficiente de deflexión o coeficientes de desviación sin calibrar están indicados en la pantalla como " V = DIV". X-Y mode modo XY En el modo XY, el instrumento se ajusta automáticamente a la medición V. El coeficiente de deflexión seleccionado para cada canal puede ser diferente, así como en el modo DUAL, el cursor V de medida requiere una selección de canal. En el canal 1 (señal X) las líneas del cursor se muestran como líneas verticales y la lectura muestra " VX". Al pulsar el botón, se selecciona el canal 2 (señal Y) de medición, y las líneas de cursor se muestra como líneas horizontales y la lectura indica " VY". 5

6 T: Aparecen dos cursores verticales. El tiempo entre los dos cursores se calcula de acuerdo a la configuración de TIME/DIV, y se muestra con T en la parte superior de la pantalla. 1/ T: Aparecen dos cursores verticales. El recíproco del tiempo (frecuencia) entre los dos cursores se calcula con 1/ T en el lado superior de la pantalla. C1-C2-TRK Pushbutton Pulsador C1- C2 - TRK El cursor 1, el cursor 2 y de TRK (seguimiento) puede ser seleccionado por este botón. Presionando el pulsador para seleccionar los cursores en la siguiente secuencia: C1: Mueve el cursor 1 en la pantalla. C2: Mueve el cursor 2 en la pantalla. TRK: Mueve al mismo tiempo el cursor 1 y el cursor 2 sin cambiar el intervalo entre los dos cursores. (9) VARIABLE Establece la posición del cursor, TEXT/ILLUM, girando o presionando la perilla o el control VARIABLE. En el modo de cursor, se pulsa el botón de control VARIABLE para seleccionar la posición del cursor entre el ajuste fino FINE y grueso COARSE. Cuando seleccione el ajuste fino FINE, el ajuste se hace girando el control VARIABLE, y las líneas de cursor se moverán lentamente. Si se selecciona el ajuste grueso COARSE, las líneas de cursor se mueven rápidamente. En el modo TEXT/ILLUM, esta perilla de control se puede usar para ajustar la intensidad de texto o iluminación. Por favor, consulte TEXT /ILLUM (7) para más detalles. (10) SAVE-RECALL El instrumento contiene 10 memorias no volátiles, que pueden ser utilizadas por el operador para guardar el ajuste del instrumento y para recordar. Se refiere a todos los controles que están electrónicamente seleccionadas. Pulse o botón para seleccionar la ubicación de memoria. La lectura indica a continuación, la letra "M", seguido por una cifra entre 0 y 9. Cada vez que el pulsador se pulsa brevemente, el cifrado de la memoria aumenta hasta que se alcanza el número 9. El pulsador es similar, pero disminuye la cifra de la memoria hasta que se alcanza el número 0. Pulsando y manteniendo SAVE aproximadamente 3 segundos para escribir los ajustes del instrumento en la memoria e indicar la información asociada a la de lectura de. Para recuperar una configuración del panel frontal, seleccione una ubicación de memoria como se describió anteriormente. Recordar la configuración pulsando y manteniendo pulsado el botón RECALL durante aproximadamente 3 segundos, la lectura a continuación indica la información asociada a la lectura de 6

7 VERTICAL CONTROLS - CONTROLES VERTICALES Los controles verticales, que se muestran en la figura 6, se usan para seleccionar las señales mostradas y para controlar las características de amplitud. Figura 6. Controles verticales. (11) CH1 Pushbutton Pulsador CH1 (12) CH2 Pushbutton Pulsador CH2 Pulsando brevemente el CH1 (CH2) para ajustar el canal 1 (canal 2) del instrumento, el coeficiente de deflexión se mostrará en la lectura que indica las condiciones actuales. (13) CH1 POSITION perilla de control La posición de la traza vertical del canal 1 se puede ajustar con esta perilla de control. En el modo Storage en la operación XY, la perilla de control POSICIÓN CH1 se utiliza para la deflexión en X. (14) CH2 POSITION perilla de control La posición de la traza vertical del canal 2 se puede ajustar con esta perilla de control. En el modo En la operación XY, la perilla de control POSICIÓN CH1 se utiliza para la deflexión en Y. (15) ALT CHOP En el modo de tiempo real, el botón tiene dos funciones, que son necesarios y disponibles sólo cuando ambos canales están activos. 7

8 ALT modo alternado. Muestra la lectura haciendo el cambio alternado entre los dos canales. Después que cada base de tiempo interna del instrumento hace el barrido completo, cambia desde el canal 1 al canal 2, y viceversa. CHOP modo cortado El cambio de canal se produce constantemente entre los canales 1 y 2 durante cada barrido. En el modo de STORAGE, el modo ALT o CHOP se selecciona automáticamente por rango de TIME / DIV. El modo de ALT se establece para el rango de barrido de 0,5 mv/div o más rápido. El modo de CHOP se establece para el rango de barrido de 1mV/DIV o más lento. (16) ADD INV ADD - Muestra el símbolo "+" en la lectura, indicando el modo de suma. Se muestra, ya sea la suma algebraica (adition) o la diferencia (resta) de ambas señales de entrada, dependiendo de la relación de pase y el ajuste INV. Como resultado, ambas señales se muestran como una sola señal. Para mediciones correctas, los coeficientes de deflexión de ambos canales deben ser iguales. INV - Pulsando y manteniendo pulsado el botón INV para fijar en ON o en OFF la función de invertido en el canal 2. La condición de invertido se indica por el símbolo en la lectura. La función invertido provoca que la señal del canal 2 se vea invertida 180 grados. (17) CH1 VOLTS/DIV (18) CH2 VOLTS/DIV La perilla de control para el canal 1 / canal 2 tiene una doble función. Se gira la perilla hacia la derecha para aumentar la sensibilidad en la secuencia y girando en la dirección opuesta (sentido anti-horario) para bajarlo. La gama disponible es desde 1mV/DIV hasta 20V/div. El control se conmuta automáticamente a inactivo si el canal correspondiente se apaga. Los coeficientes de deflexión y la información adicional con respecto a los canales activos se muestran en la lectura. VAR se presiona el pulsador VOLTS/DIV para seleccionar la función VOLTS/DIV entre atenuador y vernier (variable). El ajuste actual se muestra con el símbolo > en la lectura. Después de encender en ON el VAR, gire perilla de control VOLTS/DIV hacia la izquierda para reducir la amplitud de la señal, y el coeficiente de deflexión está sin calibrar. (19) CH1 AC/DC (20) CH2 AC/DC Presionar brevemente el pulsador para cambiar el acoplamiento de entrada de AC a CD. El ajuste se muestra en la lectura de Pentecostés el coeficiente de deflexión. El ajuste se muestra en la lectura con el coeficiente de deflexión. (21) CH1 GND Px10 (22) CH2 GND Px10 Este pulsador tiene dos funciones 8

9 GND Cada vez que se presiona brevemente el pulsador, la entrada del amplificador vertical está conectada a tierra. Esto se muestra la lectura como una tierra (ground masa) símbolo P X 10 Se mantiene presionado el pulsador para seleccionar el coeficiente de deflexión del canal que se muestra en la lectura, de entre 1:1 y 10:1. El factor de sonda de 10:1 se muestra en la lectura con el símbolo de la punta "PX10" delante de indicación de canal. Cuando se procede a hacer la medición de la tensión del cursor, el factor de la punta se incluirá automáticamente. El símbolo no se debe activar a menos que en la punta se use un factor de 10:1. (23) CH1 X Input BNC socket Este conector BNC es la señal de entrada para el canal 1. En el modo XY, las señales en esta entrada se utilizan para la deflexión X. El exterior (tierra) de conexión está galvánicamente conectado a la tierra del instrumento y, en consecuencia, el contacto de tierra de seguridad de la línea / enchufe principal. (24) CH2 Y Input BNC socket Este conector BNC es la señal de entrada para el canal 2. En el modo XY, las señales en esta entrada se utilizan para la deflexión Y. El exterior (tierra) de conexión está galvánicamente conectado a la tierra del instrumento y, en consecuencia, el contacto de tierra de seguridad de la línea / enchufe principal. HORIZONTAL CONTROLS - CONTROLES HORIZONTALES Los controles horizontales, que se muestran en la figura 7, seleccionan el modo de operación de la base de tiempo y ajusta la escala de la posición horizontal, y la ampliación de la señal. Figura 7. Controles horizontales. (25) H POSITION (tiempo real únicamente) Esta perilla de control permite un cambio en la posición horizontal de las señales. En combinaciones con MAG la función hace que sea posible cambiar cualquier parte de la señal en la pantalla. En el modo XY, esta perilla de control se usa para la deflexión en X. 9

10 (26) TIME/DIV VAR Gire la perilla de control hacia la derecha para reducir el coeficiente de deflexión en una secuencia y gire en la dirección opuesta (CCW) para aumentar. El coeficiente de tiempo (s) se mostrará en la lectura. En el modo de tiempo real, los coeficientes de deflexión de tiempo entre 0.5s/DIV y 0.2us/DIV pueden ser elegidos en secuencia 1-2-5, si la función MAG no está activada. En el modo de almacenamiento, el método de muestreo se cambia automáticamente por el rango de TIME / DIV. Muestreo equivalente (EQU): desde 0.2us/DIV hasta 2us/DIV. Sólo una señal repetitiva se puede almacenar. Muestreo normal (SMPL): desde 5us/DIV hasta 0.1s/DIV. Sólo una señal repetitiva se puede almacenar. Modo de roll: desde 0.2s/DIV hasta 100s/DIV. Para observar el parpadeo de señales de baja velocidad. VAR Tiempo real únicamente Se presiona el pulsador VOLTS/DIV para seleccionar la función VOLTS/DIV entre atenuador y vernier (variable). En el modo de tiempo real, después cambiar a ON el VAR, los coeficientes de deflexión de tiempo todavía se calibra hasta que se efectúan ajustes. Gire la perilla de control de TIME/DIV hacia la derecha para aumentar el coeficiente de deflexión de tiempo (reducir la velocidad de deformación) y el coeficiente de deflexión está aún sin calibrar. El ajuste actual se muestra el símbolo ">" en la lectura. (27) X-Y Se presiona este pulsador para utilizar el instrumento como un osciloscopio XY. El coeficiente de deflexión de tiempo se sustituye por el símbolo X-Y en la lectura en la pantalla del osciloscopio. En este modo, el X (horizontal) de la señal está conectada a la entrada de CH1; la Y (vertical) de la señal se aplica a la entrada de CH2 y tiene un rango de desviación de menos de 1 mv a 20V/div en una reducid ancho de banda de 500 KHz (en modo de tiempo real). En el modo de almacenamiento, el XY es el mismo que el modo de tiempo real. El ancho de banda de forma de onda de almacenamiento de X e Y son señales hasta 50MHz/30MHz. (28) X1/MAG Se acciona este pulsador para seleccionar el tiempo de barrido de frecuencias entre x1 (normal) y MAG (Ampliar). Si la función MAG es activa, la visualización de la señal será expandida y en consecuencia, sólo una parte de la curva de la señal es visible. La parte interesante de la señal se puede hacer visible con la ayuda del control de POSITION H en el modo de tiempo real. (29) FUNCIÓN MAG - X5 X10 X20 MAG Cuando un MAG se ha hecho, la forma de onda se ampliará a la derecha e izquierda desde el centro de la pantalla del osciloscopio. La relación de ampliación se puede seleccionar de entre los tres valores x5 - x10 - x20 MAG pulsando este botón. 10

11 ALT MAG Al presionar este pulsador, aparece la forma de onda de barrido principal junto con la forma de onda ampliada. La ampliada se puede visualizar simultáneamente con la función ALT-MAG. La onda de barrido magnificada aparece 3 divisiones por debajo de la onda de barrido primaria. CONTROLES DE TRIGGER DE DISPARO Figura 8. Controles horizontales. (30) ATON/NML Pulsadores y LEDs indicadores Se presiona este pulsador para seleccionar el modo de disparo (trigger) automático o normal. El ajuste real se indica mediante un LED. Cada vez que se pulsa el pulsador cambia el modo de disparo en la secuencia: ATO-NML-ATO (automático normal automático). ATO (AUTO) Selecciona el modo automático, el barrido free-runs mostrará una traza de base cuando no hay señal de disparo. El ajuste de nivel de disparo cambia sólo cuando el control de TRIGGER LEVEL se ajusta a un nuevo nivel. NOL (NORMAL) Selecciona el modo normal, la señal de entrada se disparará cuando el control TRIGGER LEVEL se establece dentro de los límites de pico a pico de una traza en la pantalla. Utilice este modo al efectuar la sincronización de una señal de frecuencia muy baja (25 Hz o menos). (31) SOURCE Presionar este pulsador para seleccionar la fuente de la señal de disparo. Los valores reales se indican mediante la lectura ("FUENTE", pendiente, de acoplamiento). Cada vez que se presiona el pulsador, se da el cambio de fuente de disparo en la secuencia: VERT - CH1 - CH2 - LINE - EXT VERT. VERT (modo vertical) Para la observación de dos formas de onda, la señal de sincronismo cambia alternativamente correspondiente a las señales en CH1 y CH2 para el disparo la señal. 11

12 CH1 La fuente de la señal de disparo es la señal aplicada al conector de entrada del canal 1. CH2 La fuente de la señal de disparo es la señal aplicada al conector de entrada del canal 2. LÍNEA La señal de disparo se obtiene de una muestra de la forma de onda fuente de alimentación de CA. La fuente de disparo es útil cuando la frecuencia de onda que se muestra es el tiempo en relación con la frecuencia de la fuente de alimentación de CA. EXT La señal externa aplicada a través del conector de entrada EXT se utiliza como la fuente de la señal externa de disparo (32) TV - pulsador para la selección de señal de sincronismo de vídeo Se separa la señal de sincronismo de vídeo de la forma de onda compuesta y es dirigida al circuito de disparo. Las señales de sincronismo horizontal o vertical son seleccionadas por el pulsador TV. El estado actual se muestra en la lectura en el item (source, video polarity, "TVV or TVH") (fuente, la polaridad de vídeo ", TVV o TVH"). Cada vez que se presiona el pulsador, la señal de sincronismo de vídeo se muestra en la secuencia de la siguiente manera: TV-V - TV-H - OFF - TV-V TV-V Inicio de la traza principal al comienzo de un campo de señal de vídeo. La polaridad debe coincidir con la polaridad de sincronización compuesta (es decir, para sincronización negativa) para obtener campo de TV de disparo en el pulso de sincronización vertical. TV-H Inicio de la traza principal al comienzo de una línea de señal de vídeo. La polaridad debe coincidir con la polaridad de sincronización compuesta para obtener línea de TV de disparo en el pulso de sincronización horizontal. (33) SLOPE - pulsador para la pendiente de disparo Presionar brevemente este pulsador para seleccionar la pendiente de la señal que se utiliza para activar el generador de base de tiempo. Cada vez que este pulsador es presionado brevemente, la dirección de la pendiente cambiará de flanco de bajada a flanco de subida, y viceversa. El ajuste de pendiente actual se muestra en la lectura con el item ("source, SLOPE, coupling). Si en el modo de disparo de TV, que se sincroniza sólo cuando la señal de sincronismo es negativa, el símbolo se muestra en la lectura. (34) COUPLING Se presiona este pulsador para seleccionar el acoplamiento de disparo. El ajuste real se indica por la lectura (source, slope, "COUPLING"). Cada vez que el pulsador COUPLING se presiona el acoplamiento de disparo cambia en la siguiente secuencia: AC - HFR - LFR - CA 12

13 AC Atenúa la frecuencia de la señal de activa por debajo de 20 Hz y bloquea la el componente CD de la señal. El acoplamiento de CA es útil para activar la forma de onda de CA que tiene un gran desplazamiento de CD. HFR (High Frequency Rechazar) Atenúa las componentes de alta frecuencia de la señal de disparo por encima de 50KHz. El acoplamiento HFR es útil para proporcionar una visualización estable de componentes de baja frecuencia de formas de onda complejas y elimina las interferencias de alta frecuencia de la señal de disparo. LFR (Rechazo de baja frecuencia) Atenúa las componentes de baja frecuencia de la señal de disparo por debajo de 30KHz y bloquea la componente de CD de la señal de disparo. El acoplamiento LFR es útil para producir la activación estable en las componentes de alta frecuencia de formas de onda complejas y rechaza las interferencias de baja frecuencia o el rizado de la fuente de alimentación de la señal de disparo. TRIGER LEVEL - perilla de control con TRG LED Al girar esta perilla de control se hace un ajuste diferente de la entrada de disparo (tensión), y fija a una posición adecuada para el inicio del disparo del barrido de la forma de onda. Cuando gire la perilla de control hacia la derecha, se mueve el punto de disparo hacia el pico positivo de la señal de disparo y girar hacia la izquierda para mover el punto de disparo hacia el pico negativo de la señal de disparo. Cuando el valor de ajuste (voltaje) está por fuera de la porción de la forma de onda observada, el barrido de sincronización se detiene. TRG LED El LED se ilumina si TRG las condiciones de disparo se cumplen. Si el LED parpadea o se ilumina constantemente depende de la frecuencia de la señal de disparo. HOLD - OFF perilla de control (tiempo real solamente) Se utiliza cuando la forma de onda de la señal es compleja y un disparo estable no puede ser alcanzado sólo con el control TRIGER LEVEL (35), haga girar la perilla de control para ajustar el tiempo de retención de (el disparo inhibe el período posterior a la duración de barrido). Cuando se girar completamente la perilla hacia la derecha, el período hold-off es MINimo (normal). El período hold-off aumenta progresivamente con la rotación en sentido anti-horario. TRIG EXT - Este conector BNC es la entrada de disparo de la señal externa Presionar el pulsador TRIG.SOURCE (31) hasta que la información de "EXT, slope, coupling" se muestra en la lectura y cambia la entrada ON. La conexión exterior del GND (tierra) está galvánicamente conectado a la tierra del instrumento y, en consecuencia, es el contacto de tierra de seguridad de la línea/enchufe. El máximo voltaje en los terminales de entrada se muestra en la tabla 1. No aplique una tensión mayor que el límite. 13

14 Tabla 1. Máximos voltajes de en los terminales de entrada. Para poder medir una dada señal externa es necesario usar una sonda de prueba, más comúnmente llamada punta como la que se muestra en la figura 9, dicha punta "lleva" la señal externa desde el circuito al osciloscopio. Figura 9. Punta de prueba. Es importante usar puntas diseñadas específicamente para trabajar con el osciloscopio. Una sonda no es un cable común con una pinza; es un cable coaxial con un conector (BNC) en un extremo, como se muestra en la figura 10 y en el otro el cuerpo de la sonda misma. Todo el conjunto está especialmente diseñado para evitar ruidos que puedan perturbar la medida y para que tengan un efecto mínimo (efecto de carga) sobre el circuito de medida. Figura 10. Conector BNC. 14

15 La mayoría de los osciloscopios actuales disponen de dos canales etiquetados normalmente como I y II (ó A y B). El disponer de dos canales nos permite comparar señales de forma muy cómoda. Por ahora utilizaremos sólo el canal A. Identifique dicho canal en el osciloscopio y conecte suavemente la punta. Calibración del Osciloscopio Lo primero que hay que hacer antes de empezar a trabajar con el osciloscopio es calibrarlo, para hacer esto, el mismo osciloscopio nos entrega una señal de referencia. Dicha señal es una onda cuadrada de 2 voltios pico a pico (2Vpp) y de una frecuencia de 1KHz. (1 Kilo Hertz = 1000 hz.). Antes de seguir veamos cómo realizar medidas visualmente en la pantalla del osciloscopio. Algunos osciloscopios digitales poseen un software interno que permite realizar las medidas de forma automática. Sin embargo, si aprendemos a realizar medidas de forma manual, estaremos también capacitados para chequear las medidas automáticas que realiza un osciloscopio digital. La pantalla En la figura 11 se representa la pantalla de un osciloscopio. Note que existen unas marcas en la pantalla que la dividen tanto en vertical como en horizontal, forman lo que se denomina retícula ó rejilla. La separación entre dos líneas consecutivas de la rejilla constituye lo que se denomina una división. Normalmente la rejilla posee 10 divisiones horizontales por 8 verticales del mismo tamaño (cercano al cm), lo que forma una pantalla más ancha que alta. En la líneas centrales, tanto en horizontal como en vertical, cada división ó cuadro posee unas marcas que la dividen en 5 partes iguales (utilizadas como veremos más adelante para obtener medidas más precisas) Figura 11. Pantalla de un osciloscopio. Algunos osciloscopios poseen marcas horizontales de 0%, 10%, 90% y 100% para facilitar la medida de tiempos de subida y bajada en los flancos (se mide entre el 10% y el 90% de la amplitud de pico a pico). Otros osciloscopios tienen cursores. 15

16 Medida de voltajes Generalmente cuando hablamos de voltaje queremos realmente expresar la diferencia de potencial eléctrico, expresado en voltios, entre dos puntos de un circuito. Pero normalmente uno de los puntos esta conectado a masa (0 voltios) y entonces simplificamos hablando del voltaje en el punto A ( cuando en realidad es la diferencia de potencial entre el punto A y GND (Tierra)). Los voltajes pueden también medirse de pico a pico (entre el valor máximo y mínimo de la señal). Es muy importante que especifiquemos al realizar una medida que tipo de voltaje estamos midiendo. El osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa. Otros medidas se pueden realizar a partir de esta por simple cálculo (por ejemplo, la de la intensidad ó la potencia). Los cálculos para señales CA pueden ser complicados, pero siempre el primer paso para medir otras magnitudes es empezar por el voltaje. En la figura 12 se muestra el valor de pico Vp, el valor de pico a pico Vpp, normalmente el doble de Vp y el valor eficaz Vef ó VRMS (root-mean-square). Figura 12. Valores de amplitud en una señal de C.A.. Realizar la medida de voltajes con un osciloscopio es fácil, simplemente se trata de contar el número de divisiones verticales que ocupa la señal en la pantalla. Ajustando la señal con el mando de posicionamiento horizontal ( )podemos utilizar las subdivisiones de la rejilla para realizar una medida más precisa. (recordar que una subdivisión equivale generalmente a 1/5 de lo que represente una división completa). Es importante que la señal ocupe el máximo espacio de la pantalla para realizar medidas fiables, para ello actuaremos sobre el conmutador del amplificador vertical. En la figura 13 se muestra que la medida de amplitud se hace usando la línea vertical central para obtener mejor precisión. Figura 13. Medida de amplitud sobre el eje vertical. 16

17 SISTEMA VERTICAL: AMPLIFICADOR VERTICAL (AV) Se trata de un conmutador con un gran número de posiciones, como se muestra en la figura 14, cada una de las cuales, representa el factor de escala empleado por el sistema vertical. Por ejemplo si el mando está en la posición 2 voltios/div significa que cada una de las divisiones verticales de la pantalla (aproximadamente de un 1 cm.) representa 2 voltios. Las divisiones más pequeñas representaran una quinta parte de este valor, o sea, 0.4 voltios. Esta perilla vendría a ser el análogo al selector de escala del tester. Figura 14. Perilla amplificador vertical. Medida de tiempo y frecuencia Para realizar medidas de tiempo se utiliza la escala horizontal del osciloscopio, como se muestra en la figura 15. Esto incluye la medida de períodos, anchura de impulsos y tiempo de subida y bajada de impulsos. La frecuencia es una medida indirecta y se realiza calculando la inversa del periodo. Al igual que ocurría con los voltajes, la medida de tiempos será más precisa si el tiempo a medir ocupa la mayor parte de la pantalla, para ello actuaremos sobre el conmutador de la base de tiempos. Si centramos la señal utilizando el mando de posicionamiento vertical podemos utilizar las subdivisiones para realizar una medida más precisa. Figura 15. Medida de tiempo sobre el eje horizontal. SISTEMA HORIZONTAL: BASE DE TIEMPO (BT) Se trata de un conmutador con un gran número de posiciones como se muestra en la figura 16, cada una de las cuales, representa el factor de escala empleado por el sistema horizontal. Por ejemplo si el mando esta en la posición 2 ms/div significa que cada una de las divisiones horizontales de la pantalla representan 2 ms (milisegundos). Las divisiones más pequeñas representaran una quinta parte de este valor, o sea, 0.4 milisegundos. Esta perilla es la que controla el período de la tensión de barrido. 17

18 Figura 16. Perilla base de tiempo. Cuando se conecta la punta a un circuito como se muestra en la figura 17, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos. En la salida de este bloque ya se dispone de señal suficiente para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente están en posición horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Figura 17. Esquema de un osciloscopio analógico. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es negativa. La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo). El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexión horizontal (las que están en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE (Base de Tiempo). De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comience en el mismo punto de la señal repetitiva). 18

19 En la figura 17 se muestra el esquema de un osciloscopio analógico. En este esquema se observa la punta de prueba que esta tomando una señal del circuito. Esta señal exterior es conectada a las placas deflectoras verticales (luego de haber sido amplificada o atenuada, dependiendo de la posición del amplificador vertical). En las placas deflectoras horizontales actúa la tensión diente de sierra, cuyo período es controlado por la base de tiempo. La sección de disparo permite seleccionar el Nivel (Level) y la pendiente (Slope). Cuando la señal a observar es periódica, sólo se puede obtener una imagen fija sobre la pantalla del osciloscopio si los sucesivos barridos se inician sobre la misma fase de dicha señal. Este sincronismo se consigue gracias al circuito de disparo. Sistema de desviación vertical: Consta básicamente de los siguientes elementos: 1. Sonda (Punta). 2. Selector de Entrada. (Selecciona el canal 1 o 2) 3. Atenuador de Entrada 4. Amplificador Vertical. El selector de entrada permite introducir al osciloscopio la señal que se desea medir, bien directamente o bien a través de un condensador, como se muestra en la figura 18. Ambas posibilidades se seleccionan con el conmutador Figura 18. Acoplamiento AC GND DC para el canal vertical del osciloscopio. (AC - GND - DC). Cuando el acoplamiento está en (DC) lo que se verá en pantalla será la señal de tensión completa, es decir, con su componente de continua y su componente alterna. Algunas veces se quiere ver una pequeña señal alterna que se está moviendo sobre una gran tensión de continua, en este caso, se debe conmutar la entrada a un acoplamiento en alterna (AC); esto acopla capacitivamente (con una constante de tiempo de aproximadamente 0.1 segundo.) la entrada, permitiendo solo el paso de la parte alterna de la señal, bloqueando la componente continua. La mayoría de los osciloscopios también tienen una posición de entrada a tierra (GND), la cual permite ver dónde está el cero de tensión (0 Volts) en la pantalla. En la posición GND la señal no es cortocircuitada a tierra, solamente es desconectada del osciloscopio, cuya entrada es aterrizada. Las entradas de los osciloscopios usualmente son de alta impedancia (1.0 Megaohm en paralelo con aproximadamente 20Pico faradios), como cualquier buen instrumento, para medir tensión, debería ser. La resistencia de entrada de 1.0 Mega-ohmios es un valor universal; lamentablemente el capacitor en paralelo no está estandarizado, lo cual es un poco molesto cuando se cambian las puntas de prueba. 19

20 Sistema de barrido horizontal: Si se aplicará al sistema de desviación vertical una señal periódica y se dejará funcionar libremente al circuito generador de la señal de barrido, sólo se tendría sobre la pantalla una imagen fija cuando la frecuencia de la señal a medir fuese múltiplo de la frecuencia de la señal de barrido. De otro modo, los sucesivos barridos se iniciarían sobre distintos valores de la señal a representar dando lugar a imágenes diferentes en cada barrido e impresionando la retina con varias de ellas (sensación de movimiento), como puede verse en la figura 19a. Figura 19. Acoplamiento AC GND DC para el canal vertical del osciloscopio. Para conseguir una imagen estable, el osciloscopio SINCRONIZA la señal de barrido con una señal de referencia, que puede ser: 1. La propia señal a representar (del canal 1 o 2) 2. Una señal externa 3. Con la frecuencia de la red (50 Hz.). 20

21 Para seleccionar estos diferentes sincronismos, se ajusta a perilla SOURCE (Fuente) en alguna de estas posiciones: CHA, CHB, EXT ó LINE. En la figura 19a se representa como se vería en la pantalla del osciloscopio una señal con barrido no sincronizado. En las figuras 19b y 19c se observan dos señales, en la primera el sincronismo es tomado de la señal A y en la segunda del canal B. Como se vio anteriormente, también es posible elegir el instante de la señal de referencia en el que se desea que comience el barrido (disparo), y por lo tanto la representación en pantalla. Para ello se cuenta con un mando TRIG LEVEL que permite seleccionar el valor de la señal de referencia que da lugar al disparo, y si el disparo tiene lugar en la pendiente (SLOPE) positiva o negativa de dicha señal. Por último, se explica que tipo de modo se debe usar cuando las señales son de baja o alta frecuencia, esto es importante para ver de una manera clara dichas señales. Modo alternado / chopeado En la figura 20 se representan una serie de imágenes en el osciloscopio en modo ALT. El punto negro indica la posición del haz luminoso para un dado t. Se observa como el haz dibuja primero la señal del canal I (completa) y luego la del II y así sucesivamente. También se muestran imágenes en el modo CHOP. Observe como ahora el haz dibuja una porción de cada onda. Figura 20. Modo alternado / chopeado. Es un conmutador de dos posiciones, que permite, cuando nos encontramos en modo DUAL, seleccionar el modo de trazado de las señales en pantalla. En el modo alternado (ALT) se traza completamente la señal del canal A y después la del canal B y así sucesivamente. Se utiliza para señales de media y alta frecuencia. 21

22 En el modo chopeado* (CHOP) el osciloscopio traza una pequeña parte del canal A después otra pequeña parte del canal B, hasta completar un trazado completo y empezar de nuevo. Se utiliza para señales de baja frecuencia. GENERADOR DE SEÑALES Un generador de señales es un instrumento de laboratorio que proporciona señales eléctricas. Es un equipo que proporciona señales periódicas a las cuales se les puede controlar el periodo y la amplitud. Las señales típicas que entrega un generador de señales son señales de forma cuadrada, sinusoidal y triangular, que son las más usadas. En la figura 21 se muestra el panel frontal del generador de señales que se usa en las prácticas del curso Taller. Figura 21. Generador de señales. Los mandos de control más importantes del generador de señales son: -Selector de forma de onda (cuadrada o sinusoidal). -Selector de rango de frecuencias - Ajuste continuo de frecuencias (dial). -Ajuste de amplitud sin escala. -Atenuador de 20 db, que reduce en un factor 10 la amplitud de la señal generada. - Mando DC-offset, que permite ajustar el nivel de continua de la señal. El generador presenta dos salidas con conectores tipo BNC: la salida de la señal (OUTPUT) y otra salida que da una señal estándar llamada TTL (es una señal cuadrada En la figura 22 se muestran las formas de onda triangular, cuadrada y sinusoidal. 22

23 Figura 12. Forma de onda de un generador de señales. Cuando se utilice el generador de señales en el laboratorio, la lectura de la frecuencia en el mando rotatorio es tan sólo indicativa. La medida de tal valor debe realizarse siempre en el osciloscopio. Igualmente la amplitud debe medirse en el osciloscopio. Medida de señales flotantes Los generadores de señales presentan una salida de tipo no flotante, es decir, el terminal negativo va conectado a tierra a través de la red. Lo mismo ocurre con las sondas de los osciloscopios. Por ello, y para evitar cortocircuitos, sólo podrán medirse directamente con el osciloscopio tensiones referidas a tierra (tensiones de nodo), conectando siempre las puntas al punto de tierra del circuito a medir. Si se quiere medir caída de tensión entre dos puntos cualesquiera de un circuito habrán de usarse los dos canales del osciloscopio (dos sondas) y utilizar las opciones matemáticas que el instrumento ofrece. La forma adecuada de proceder para medir la tensión flotante vab(t)= va(t) - vb(t) entre los nodos A y B de un circuito dado consiste en conectar la sonda del canal 1 al nodo A y la del canal 2 al nodo B. Pulsando el botón de funciones matemáticas (math) se despliega en pantalla un menú en que seleccionaremos la función diferencia (operate=a-b), el canal 1 para la fuente A (sourcea=ch1) y el canal 2 para la fuente B (sourceb=ch2). Con ello el osciloscopio proporciona en pantalla una nueva onda que es el resultado de restar las señales introducidas en ambos canales y, por tanto, la tensión flotante de la rama AB del circuito que se desea medir. No es estrictamente necesario que ambos canales estén en la misma escala de amplificación, porque ello no influye en el resultado matemático. Documento editado por: docente Ing. Iván Mora Documento revisido por: docente Ing. Álvaro Ospina 23