PRÁCTICA 3. Osciloscopios HM 604 y HM 1004 (III): Test de componentes y modulación en frecuencia. Sumario: Elementos del osciloscopio III. Test de componentes teórico/práctico. Modulación en frecuencia. Generador de funciones con entrada FM. 3.1.- Objetivos. Realización de tests de componentes activos y pasivos para obtener, a partir de la curva de test, su curva característica y parámetros del modelo equivalente serie. Empleo de la entrada de modulación FM del generador de funciones. Visualización señales moduladas en frecuencia para distintos tipos de portadora. 3.2.- Fundamento teórico y de funcionamiento del instrumento. Metodología. 3.2.1.- Tests de componentes. Este osciloscopio incorpora un tester de componentes, que se emplea para comprobar (testear) el buen estado del dispositivo mediante la obtención de una curva representativa del mismo. La prueba es válida siempre que el componente no esté sometido a tensión, conectado en un circuito. El componente a comprobar se conecta entre el borne aislado en el campo Component-Tester (zona inferior derecha de la pantalla) y uno de los bornes de masa del campo Y. A continuación se pulsa la tecla COMPONENT TESTER, y queda desconectado el preamplificador Y y el generador de barrido. Los únicos ajustes con influencia en el funcionamiento del test son INTENS., FOCUS y X-POS. Se utilizarán los componentes que figuran en el apartado de resultados. El principio operativo del test es sencillo. A partir de su transformador de red, el instrumento aplica una señal senoidal a un circuito formado por la asociación serie del componente a probar y una resistencia (impedancia de entrada del canal de donde tomemos la masa). El HM 604 trabaja ahora en el modo X-Y. Esta señal senoidal se utiliza para la deflexión vertical; para la deflexión horizontal se utiliza la
tensión en bornas del componente a probar. Se comparan las fases de ambas tensiones obteniéndose las figuras en el modo X-Y. Si la impedancia objeto de medida tiene un valor real, en la pantalla aparecerá una línea más o menos inclinada. Si el componente a comprobar presenta un cortocircuito, la línea es vertical. Cuando el proceso se interrumpe o no hay objeto de medida, aparece una línea horizontal. La inclinación de la línea es una indicación del valor de la resistencia. Las siguientes figuras resumen las imágenes básicas involucradas en los tests.
Los condensadores e inductancias provocan imágenes elípticas originadas por el desfase entre la corriente y la tensión que, a su vez, provocan un desfase entre las dos tensiones de deflexión. Una elipse con el eje principal horizontal significa alta impedancia (capacidad pequeña o inducción elevada). Una elipse con el eje principal vertical significa baja impedancia (capacidad elevada o inducción pequeña). Una elipse inclinada significa una resistencia de pérdida relativamente grande en serie con la reactancia. En semiconductores, los codos de las curvas representan puntos de separación entre fases de conducción y de corte. Si la tensión lo permite, se pueden visualizar las características directa e inversa. La inversión de los polos de conexión de un semiconductor provoca un giro de180 en la imagen sobre el centro de la retícula. 3.2.2.- Modulación en frecuencia. El propósito de todo proceso de modulación es modificar alguna de las características de una señal portadora (amplitud, frecuencia o fase) de acuerdo con los valores de una señal moduladora que es la que transporta la información. La señal modulada posee una frecuencia función del tiempo (un término cte. y otro variable), cuya variación la prescribe la señal moduladora. La siguiente figura ilustra el concepto de frecuencia instantánea en una señal de FM con moduladora rectangular (figuras superiores) y moduladora en diente de sierra (figuras inferiores). La ventaja de la modulación en frecuencia es que la envolvente de la señal modulada no transporta la información por lo que el proceso de transmisión es bastante inmune al ruido.
Se procede utilizando dos generadores de funciones HM8030-3 y un osciloscopio HM 604 o HM 1004: El generador de moduladora con los siguientes ajustes: señal cuadrada, f = 200 Hz aproximadamente; Regular el offset y la amplitud de salida para que la señal tome dos valores: el cero y un nivel positivo. El generador de portadora se ajusta a: señal senoidal de f = 2000 Hz. La salida del generador de funciones de la moduladora se conecta a la entrada de FM del generador de portadora. La salida de este último es la que se conecta al canal I del osciloscopio. Ajustar la base de tiempos del osciloscopio con el fin de obtener una imagen estable. A menudo es necesario facilitar la captura de la imagen regulando las amplitudes y offset de las señales moduladora y portadora.
A continuación se procede con distintos tipos de moduladoras (diente de sierra y senoidal), y con distintas situaciones de frecuencia y amplitudes. Es interesante observar qué sucede cuando las frecuencias dejan de ser múltiplos. 3.3.- Resultados. Cada componente testeado debe ir acompañado de su curva de test con sus medidas características exactas. Asimismo se incluirá un análisis del estado del componente (calidad), según la existencia de puntos de discontinuidad en los trazos observados, y del desfase existente entre las dos señales involucradas en la comparación de fases y que fueron nombradas en la metodología. Los resultados de la comparación de fases pueden resumirse como sigue: RESISTENCIA: Las dos tensiones deben estar en fase. La traza será una recta. Componentes empleados: R = 100 Ω. CONDENSADOR o INDUCTANCIA: Ambas tensiones desfasadas 90º. La traza será una elipse. Componentes empleados: C = 1 µf 47 µf, 100 µf; L = 33 µh. SEMICONDUCTOR: La traza muestra dos zonas: la de conducción y la de circuito abierto, en el caso de los diodos. Los transistores se testean por pares de uniones. Las uniones B-E y B-C nos permiten conocer el estado del transistor; la unión C-E nos permite distinguir si el transistor bipolar es NPN o PNP. Componentes empleados: diodo: 1N4007; diodos zéner: ZY 100, ZPY 27, BA 154, BZV 8506; transistor: BD 136. Referente a la modulación en frecuencia, se dibujarán las ondas portadora y moduladora caracterizadas completamente. Indicar el valor de la base tiempos del osciloscopio y los valores de offset y amplitud de las señales provenientes de los generadores de funciones.
3.4.- Análisis de resultados. De qué depende la mayor o menor inclinación de la recta obtenida al analizar la resistencia? Cuál es la interpretación de una recta horizontal y de una recta vertical? Repita la interpretación anterior para el caso de la elipse obtenida para el condensador y la inductancia Interprete las zonas de la curva de test de un diodo y de las uniones de los transistores Por qué no aparece la tensión de ruptura en las características de algunos diodos zéner? Cuáles son las tensiones características de los diodos testeados? Identifica las patillas de los transistores a partir de las curvas de test obtenidas. En que consiste la modulación en frecuencia? Explique cómo varía la frecuencia de la portadora según sea la señal moduladora.