TRABAJO PRACTICO No 3 MEDICIONES CON GENERADORES DE BARRIDO

Transcripción

1 TRABAJO PRACTICO No 3 MEDICIONES CON GENERADORES DE BARRIDO INTRODUCCION TEORICA: Un generador de Barrido es un instrumento que entrega una señal alterna de frecuencia variable en el tiempo, de acuerdo a un límite inferior y superior de frecuencia previamente seleccionada. Internamente cuenta con un generador de barrido diente de sierra, cuya amplitud y frecuencia es seleccionada por el operador. Esta rampa actúa sobre algún componente del oscilador, haciendo que ella polarice en forma variable al componente, provocando que la frecuencia del oscilador varíe en el tiempo. Aplicando la salida de este instrumento a un cuadripolo, se puede analizar la respuesta en frecuencia del mismo. Utilizando un elemento de visualización como un Osciloscopio en modo de barrido horizontal externo, se puede visualizar la respuesta en frecuencia del cuadripolo. La señal de barrido X del osciloscopio provendrá de la salida VOX (rampa de barrido de frecuencias) del generador. Además, para mejor determinación del rango de frecuencia observado, el generador permite inyectar marcas intensificadoras (VOZ) sobre el eje Z del osciloscopio, dando una referencia en determinadas frecuencias. Estas frecuencias son generadas por osciladores precisos (de cristal), lo cual ayuda en la determinación de la escala de frecuencias horizontal. Una característica de suma importancia en los generadores de barrido es que DEBEN mantener la amplitud de la señal de barrido en forma constante durante todo el barrido. De no ser así, él introduciría una distorsión en la medición o en la respuesta en frecuencia del dispositivo analizado. El rango de barrido de estos generadores es de 10 MHz. Esto debe tenerse en cuenta al momento de elegir un osciloscopio para que su ancho de banda del canal vertical sea mayor que 10MHz. En caso de no ser así, se debe intercalar un Detector entre el dispositivo analizado y el osciloscopio. Este detector obtiene la envolvente de la señal VOY y la inyecta en el canal vertical. Otra consideración a tener en cuenta es la forma de conexión entre los dispositivos, las cuales deben ser bien hechas con cables coaxiales adecuados y debidamente terminados para evitar reflexiones que provoquen errores de lectura. Para ello, previo a conectar el cuadripolo en el lazo del sistema, verificar que todo el sistema (Oscilador, Detector, Cables y Osciloscopio) no generen distorsión. Esto se hace conectando el detector al osciloscopio y verificando que la respuesta del mismo que sea lineal, o sea, una línea recta horizontal, con lo cual se comprueba que no hay modulación por ruido y que la amplitud no varia durante el barrido. M.E. II - TP II PFPerez 2013 pag. 1 de 7

2 Descripción del Generador: La presente información corresponde al Generador de Barrido TRIO FG-271. Este es un instrumento múltiple que permite generar y barrer una banda de frecuencias de.02 a 2 Mhz con un barrido lineal o logarítmico. También este generador permite producir una onda modulada en Amplitud y Frecuencia. Debido a que es un instrumento 4 en 1, él presenta diversos controles de acuerdo a la señal de salida deseada. Muchos de esos controles ya son conocidos por los cuales no se analizarán en este informe. Controles y salidas principales de características especiales: Sweep Rate (5): Frecuencia de repetición del barrido, desde la frecuencia inferior a la superior. Sweep Width (4): permite controlar la amplitud de la rampa de barrido, con lo cual se fija la frecuencia superior de salida. GCV Output jack (19): Salida de la señal Rampa (Diente de sierra) que produce el barrido de frecuencia, y la cual es usada para barrer horizontalmente (canal X) el trazo en el osciloscopio. La rampa producida es una rampa negativa, o sea, del tipo subida muy rápida y descenso controlado, lo cual hará que el equipo bajo prueba sea barrido desde la frecuencia más alta hacia la más baja. M.E. II - TP II PFPerez 2013 pag. 2 de 7

3 La amplitud y la frecuencia de ella es controlada por los controles SWEEP WIDTH y RATE respectivamente. El voltaje de la rampa es proporcional a la frecuencia de salida, y es directamente proporcional a la posición del dial cuando el Sweep Rate esta en Off. La posición del dial de.002 produce 0 volts de salida de la rampa. Una posición de.2 produce una amplitud de -.2 volts, y cuando está en 2.0 produce una salida de 2 volts. La rampa se presenta como una rampa negativa. Para graduar la escala horizontal en frecuencia de acuerdo al rango de barrido, se coloca el Range en el valor a usar durante el proceso de barrido, la llave Sweet Rate en OFF, y el Dial a la menor frecuencia a barrer. La salida de GCV se conecta a la entrada X(horizontal) del osciloscopio. Este se configura como XY. El voltaje de salida de GCV tendrá un valor determinado. Se ajusta el punto luminoso del osciloscopio en el extremo derecho de la pantalla y se marca ese punto. Ese será el valor de frecuencia inferior. Luego se ajusta el dial a la mayor frecuencia de barrido, esto desplazará el punto luminoso hacia la izquierda. Ajuste el control de ganancia del canal X para desplazar el haz hacia el extremo izquierdo para obtener mayor resolución. Sobre la pantalla, marque ese punto como frecuencia máxima. Este proceso fija los puntos de referencia inferior y superior del espectro a barrer sobre el osciloscopio. Es posible que tenga que realizar repetidamente este proceso para ajustar el control de ganancia horizontal del osciloscopio para lograr el ajuste adecuado de los límites de barrido sobre toda la pantalla horizontal. Luego vuelva el dial a la frecuencia inferior y ajuste el Sweet Rate de modo que el desplazamiento del eje horizontal alcance el punto de frecuencia superior. Esto fija la escala de frecuencias. Si desea hacer marcas de frecuencia intermedia, proceda de igual forma con el dial, y marque con un lápiz especial (de grasa, por ejemplo) los puntos de frecuencias de referencia. Cuando la banda a muestrear es ancha, se genera un conflicto entre la mayor frecuencia de barrido para la menor frecuencia de muestreo, porque a velocidad de barrido razonable, las bajas frecuencias van a ser mostrada con buena intensidad, pero las altas frecuencias sumamente intensas. Al seleccionar LIN, el haz será barrido a igual velocidad para el rango, por ejemplo entre 20 a Hz que el rango para 18 a 20 Khz. Cuando se selecciona LOG, el barrido será lineal por décadas de forma tal que barrerá más lento en el rango de baja frecuencia y aumentará la velocidad en alta frecuencias. Esto trae la ventaja que la velocidad de barrido cambia con la frecuencia de salida y mantiene la intensidad a un valor más o menos igual. En el osciloscopio, tanto el barrido lineal como el logarítmico producen la misma presentación en pantalla y a los efecto del análisis de la respuesta en frecuencia del dispositivo en estudio, ambos producen la misma respuesta. O sea, la escala de frecuencias horizontal no resulta afectada por el control LIN/LOG, pero si la velocidad de desplazamiento horizontal del haz. M.E. II - TP II PFPerez 2013 pag. 3 de 7

4 Range Switch (2): Llave On/Off y selector del rango de frecuencias de barrido. Dial de Frecuencia (1): Ajuste continuo de frecuencia. Jack de Salida de 50 ohms de impedancia. Function: permite seleccionar el tipo de señal de salida (Senoidal, Triangular o cuadrada). Los controles CARRIER LEVEL, MOD LEVEL y CW/AM son usados en modo de modulación de AM para controlar el índice de modulación y los niveles de portadora y modulante. Los controles AMPLITUDE permite ajustar el nivel de salida de 0 a 20 db en combinación con los ATTENUATOR en pasos de 10 db desde 0 a 40 db. Los controles BURST GATE y EXT/INT permiten controlar el ciclo de disparo de un tono y quién controla ese disparo. En este modo, el generador entrega un paquete alternado de una frecuencia dada y luego de silencio. O sea, se produce un tono por un intervalo de tiempo y luego un periodo de silencio en forma alternada. Práctica de Laboratorio En la práctica de laboratorio se utilizará un osciloscopio y el generador de barrido para familiarizarse con el uso del generador y para determinar la respuesta de frecuencias de un circuito pasivo y de un amplificador de banda ancha y/o de un filtro de FI. 1- Elementos a utilizar: - Osciloscopio Marca: Número de serie: Max. Frecuencia de trabajo: - Puntas de Prueba Simples y Atenuadoras. - Generador de Barrido: Marca: Número de serie: Rango de trabajo: - Circuitos usados: Diagrama y valores de los componentes (capacitores y resistencias). 2- PROCEDIMIENTO: 1 Seleccionar el tipo de punta de prueba de acuerdo al rango de frecuencias seleccionadas para trabajar. 2- Verificar el voltaje de alimentación de los instrumentos a utilizar. Estar seguro de conectarlos a la alimentación correcta. 3- Ajustar la intensidad y la horizontalidad del barrido horizontal. Hacer los ajustes necesarios. Compensar en frecuencia las puntas atenuadoras. Configurar el osciloscopio para visualización XY y acoplamiento DC del canal X. 4- Conectar la salida del diente de sierra del generador (ubicado en la parte posterior) al canal horizontal (X) del osciloscopio. M.E. II - TP II PFPerez 2013 pag. 4 de 7

5 5- Seleccione el rango deseado con el control RANGE. O sea, se elige el límite superior. 6- Conectar la salida del generador a la entrada vertical (Y) del osciloscopio. Durante los ajustes iniciales, coloque el control SWEEP WIDTH en OFF. Nota: En estas condiciones, la salida GCV del generador no produce un diente de sierra, si no que entrega un valor de continua igual al valor instantáneo de la rampa para la frecuencia actual de salida. En consecuencia, no se produce un desplazamiento horizontal del haz, pero sí hay un desplazamiento vertical correspondiente a la señal alterna obtenida en el conector de salida del generador. La longitud de este desplazamiento vertical es controlado con el control Amplitude y por los atenuadores. 7- Ubique el dial FREC en la mínima frecuencia a ser barrida (Límite inferior). Posicione la línea vertical graficada, en el extremo derecho de la pantalla, variando el potenciómetro POS (posición) del canal horizontal (X). 8- Mueva el dial FREC hacia la frecuencia superior, lo cual desplazará la línea hacia la izquierda. Use el control de ganancia horizontal (canal X) para desplazar la línea al extremo izquierdo de la grilla. Marque ese punto como límite superior. 9- Retorne el dial FREC a la frecuencia inferior, marcando sobre la grilla los puntos correspondiente a frecuencias intermedias, para servir estos puntos como referencias de frecuencia durante el barrido. A la frecuencia inferior, la línea debe ubicarse en la misma posición inicial. De no ser así, ajuste con el control POS para ubicarla en la posición inicial. 10- Repita los pasos 7 a 10 hasta asegurarse que los cambios en los controles no modifican la posición de los puntos extremos (frecuencia superior e inferior) al variar el barrido desde un extremo a otro. 11- Finalizado el proceso de calibración de la pantalla, coloque el dial FREC en la posición de minima frecuencia (Limite inferior de la banda a analizar). 12- Coloque el control SWEEP WIDTH en On para comenzar el barrido de frecuencias, y ajuste este control hasta que el extremo izquierdo del trazo coincida exactamente con el punto marcado como límite (frecuencia) superior. Durante este proceso no haga ningún ajuste de los controles horizontales del osciloscopio. 13- Seleccione la señal senoidal con la tecla Function, en el generador de frecuencias. 14- Coloque el control SWEEP RATE al valor máximo para evitar parpadeo de la señal en la pantalla. La velocidad de repetición es dependiente de la frecuencia. Con bandas de barrido de frecuencias bajas se quiere una baja velocidad de barrido y con bandas altas pueden usarse mayores velocidades de barrido. La velocidad de barrido tiene que ser suficientemente baja M.E. II - TP II PFPerez 2013 pag. 5 de 7

6 para permitir que unos pocos ciclos de la señal de salida en la zona de baja frecuencia sean mostrados antes de comenzar a barrer. 15- Se puede seleccionar barrido LINeal o LOGarítmico. 16- Ajustar la amplitud de la señal de salida del generador con el control de amplitud y los botones de atenuación para poder observar una buena curva de respuesta de frecuencias. 17- Verificar la linealidad de los instrumentos usados conectando la salida del generador directamente al canal vertical (Y). Se debe obtener una respuesta plana dentro de la banda de trabajo. Si hay variación de la amplitud de la banda visualizada, verificar que elemento produce esa distorsión, pudiendo ser las puntas, el osciloscopio, o el generador que no entregue una amplitud constante en todo el rango de frecuencias. Si continúa con la distorsión, la respuesta de frecuencias del dispositivo a analizar resultará afectada por esta distorsión producida por los instrumentos. 18- Retirar la salida del generador de la entrada Y del osciloscopio. Conectar la salida del generador a la entrada del circuito bajo prueba. Conectar la entrada Y del osciloscopio a la salida del circuito bajo prueba. Utilizar un filtro pasabajos y un pasa alto como circuitos de prueba. Determinar la frecuencias de corte de ambos. Recordar que la respuesta en frecuencias se presenta en la pantalla en forma invertida ya que la menor frecuencia se muestra a la derecha. Para determinar la frecuencia de corte, colocar el control Sweep Width en off (se tiene una frecuencia fija de salida y en el osciloscopio se ve una línea vertical), y mover el dial FREC desde la frecuencia inferior hacia arriba, hasta llegar al punto donde la amplitud de la repuesta cae al 70% de su valor en la zona plana. Tomar ese valor de frecuencia multiplicando el valor del dial por el del RANGO. Un procedimiento más preciso para determinar o marcar los puntos de frecuencias referenciales es mediante el uso de un frecuencímetro. Se conecta el frecuencímetro en paralelo con la entrada Y, y M.E. II - TP II PFPerez 2013 pag. 6 de 7

7 se mide la frecuencia. Se desplaza el dial y se busca la frecuencia a la cual la amplitud de la línea cae al 70% del valor en la zona plana. Se toma ese valor de frecuencia. - Aplicar la salida de generador al bobinado de entrada de un Transformador de FI y determinar la frecuencia central y el Factor de Mérito Q del circuito tanque. Q = fo fh fi Ajustar el barrido del generador de 100 Khz a 1MHz. Visualizar la repuesta en frecuencia. Luego acotar el barrido a un rango más estrecho para presentar la campana pasa banda dentro de toda la pantalla del osciloscopio para mayor resolución. Determinar la frecuencia central del filtro y el Factor de Mérito. Ajustar el núcleo magnético para ver el desplazamiento en frecuencia. Realizar el informe de la práctica, indicando toda la información para identificar a los elementos e instrumentos usados, gráficas obtenidas, cálculos realizados, diagramas de conexión y procedimiento de medición. Preguntas: 1- Sobre qué lado de la pantalla se presenta la frecuencia inferior y la superior y porque ocurre esto? 2- Cómo se hacen las marcas de referencia en este procedimiento? 3- Porqué se necesita una baja velocidad de barrido al analizar una banda de baja frecuencia? M.E. II - TP II PFPerez 2013 pag. 7 de 7