Apuntes de introducción al Laboratorio de Electrónica (Parte 2) Nociones básicas sobre Puntas de prueba de osciloscopio- Construcción Autor: Ing. Aída A. Olmos de Balsells Cátedra: Electrónica I - Marzo 2006 - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMAN
Puntas de prueba para osciloscopio 1.- Los distintos tipos de puntas de prueba Las puntas de prueba del osciloscopio efectúan la importante tarea de detectar las señales en su entrada y transferirlas hasta los terminales de entrada del osciloscopio. Idealmente las puntas deberían efectuar esta función sin cargar o perturbar de modo alguno los circuitos bajo prueba. La punta de prueba más sencilla sería tan sólo tramos de conductor que une el circuito a medir y el osciloscopio. Sin embargo, este tipo de conexionado resulta inadecuados debido a que introduciría al osciloscopio señales indeseadas ó espúreas, debido a que la respuesta en frecuencia de una punta de prueba se debe igualar a la respuesta del osciloscopio en el que se fije. Por ejemplo una punta con una frecuencia de 20 MHz y -3 db no sería adecuada para un osciloscopio de 100 MHz. También se debe observar el nivel de tensión máximo que es posible aplicar a una punta de prueba. Principalmente, existen dos tipos de punta de osciloscopio: las compensadas y las no compensadas. 1.1.- Puntas compensadas Debido al efecto de carga al circuito a medir, que presenta la punta por su capacitad (del cable coaxial y el osciloscopio) se emplea una punta de prueba compensada. Estas puntas además de aumentar la impedancia de entrada al osciloscopio, también pueden atenuar la señal de entrada en cierto factor (por ejemplo X10 X, X50 dependiendo de la punta), Básicamente, existen 3 tipos de puntas compensadas: de compensación pasiva para voltaje, activas de tensión o voltaje y para corriente. 1.1.2.- Puntas de compensación pasiva para voltaje: Estas puntas de prueba son las que se emplean con mayor frecuencia para acoplar las señales de interés al osciloscopio. Aquellas que son no atenuadoras (esto es X1) son las más sencillas, pero están limitadas a aplicaciones de medición a bajas frecuencias. Las puntas pasivas con compensación aumentan las posibilidades de medición del osciloscopio incrementando la impedancia de entrada, pero esas puntas atenúan la señal de entrada en un factor X10, generalmente. Los osciloscopios son básicamente voltímetros y por lo mismo pueden cargar los circuitos en los que efectúan las mediciones. La impedancia de entrada de los amplificadores del osciloscopio da una medida de cuánto cargará el instrumento al circuito de prueba. Típicamente, la impedancia de entrada del osciloscopio es equivalente a la que se muestra en la figura. b) Puntas de prueba activas de voltaje. c) Puntas de prueba para corriente. - Página 2-
1.2.- Puntas no compensadas Como su nombre lo indica, estas puntas no poseen compensación interna alguna. De este tipo de punta se construirá para la medición de circuitos en el Laboratorio. 2.- Los componentes de la punta de prueba de osciloscopio Para la realización de ensayos en el Laboratorio se construirán dos puntas de prueba como la que se muestra en la figura. Para ello se requerirá de materiales: Conector BNC, cable coaxil RG58, pinzas cocodrilo. 2.1.- El cable coaxil El coaxial es un cable que posee un hilo u alambre de cobre en la parte central que es rodeado por un cilindro de plástico y, después, por una malla, tal como muestra el esquema.. 2.2.- El conector BNC Se usará es el llamado conector BNC macho. Existen distintos tipos de ellos: Conectores crimpeados con pinzas de presión especiales; Conectores atornillados y Conectores soldados con estaño. Las características principales de cada uno de ellos son: 2.2.1.- Conectores crimpeados con pinzas de presión especiales: estos son los más seguros, duraderos, y los que se encuentra comúnmente en los comercios del medio. Su instalación es medianamente fácil de realizar, pero para ser armados requieren de la utilización de una pinza especial de crimpeado que cumple la función de aplastar las partes componentes del conector para que éstas queden fijas al cable. La pinza de crimpear no difiere mucho de una pinza común, su diferencia es que posee ranuras especiales para aplastar los componentes del conector BNC. La figura 3 muestra partes de conectores BNC (macho) y la pinza utilizada para fijar el cable al conector. 2.2.2.- Conectores atornillados Los conectores atornillados no gozan de un gran prestigio respecto a la durabilidad y seguridad de su conexión, pero tienen como ventaja que pueden desarmarse y volver a armar. Además son fáciles de instalar y no requieren de herramientas especiales para su montaje. 2.2.3.- Conectores soldados con estaño Son similares a los conectores atornillados con la diferencia que el conductor central de cobre y la malla metálica externa se sueldan al conector con estaño. La soldadura se efectúa mediante un soldador que calienta estaño sobre el conector y de esta manera fija el conductor. Si bien los conectores soldados con estaño son más seguros en - Página 3-
cuanto a su durabilidad que los conectores atornillados, tienen como desventaja que se pierde más tiempo en su instalación, además de requerir de soldaduras. 3.- Armado de la punta de prueba de osciloscopio Básicamente se deberá conectar en un extremo del coaxil un conector BNC y en el otro extremo del coaxil las pinzas cocodrilo 3.1.- Materiales necesarios para construir una punta de prueba a) 1 Conector BNC Macho b) 1,20 metros de cable coaxil RG58 c) 2 pinzas cocodrilo de colores rojo y negro 3.2.- Pasos a seguir para conectar el coaxil con los distintos tipos de conectores BNC En todos los casos se debe tener la precaución de que ningún hilo de la malla toque a conductor de cobre central. Al finalizar el armado de la punta se deberá verificar esta situación mediante la observación de las conexiones realizadas. 3.2.1.- Con conector BNC crimpeado. 1) Pasar el anillo metálico (perteneciente al conector BNC) por el cable coaxil. 2) Pelar el cable coaxil, dejando al descubierto el conductor central y parte de la malla metálica externa. 3) Desplazar la malla metálica hacia atrás. 4) Introducir el conductor central de cobre del cable coaxil en la aguja hueca (o pin) del conector BNC y luego aplastarla con la pinza de crimpear, para que no se suelte del conductor central. 5) Introducir la parte principal del conector BNC en el cable coaxil. 6) Desplazar el anillo metálico hasta que haga tope en el conector BNC, luego aplastarlo con la pinza de crimpear, para que el conector BNC quede fijo al cable coaxil. - Página 4-
3.2.2.- Con conector BNC atornillado Los pasos a seguir son: 1) Pasar el capuchón protector por el cable coaxil. 2) Pelar el cable coaxil, dejando al descubierto el conductor central y parte de la malla metálica. externa. 3) Desplazar la malla metálica hacia atrás. 4) Aflojar el tornillo varias vueltas y enroscar el conductor central en él, luego atornillar el tornillo. Abrazar las dos chapas salientes del conector contra la malla metálica, mediante una pinza de fuerza. 5) Insertar el capuchón protector para que cubra al conector BNC. 3.2.3.- Con conector BNC soldado Para realizar el armado se deberán seguir los siguientes pasos: 1) Pasar el capuchón protector por el cable coaxil. 2) Pelar el cable coaxil, dejando al descubierto el conductor central y parte de la malla metálica externa. 3) Agrupar los hilos de la malla metálica enrrollándolos en un solo haz. 4) Soldar el conductor central y la malla metálica externa, al conector. - Página 5-
5) Insertar el capuchón protector para que cubra al conector BNC. 3.2.- Pasos a seguir para conectar el coaxil con las pinzas cocodrilo. Para terminar con el armado de la punta, se deberá soldar el conductor central a la pinza cocodrilo de color rojo y la malla a la pinza cocodrilo de color negro 4.- Recomendaciones 1.- Verificar que ningún hilo de la malla toque al conductor de cobre central. Una mala conexión introducirá ruido y una imagen distorsionada 2.- Para evitar interferencias y capacidades parásitas, el cable coaxil no debe ser demasiado largo. Cuanto más largo es, mayores son los problemas ocasionados por las interferencias. Pero debe tener el largo necesario que permita trabajar con comodidad. 3.- Cuanto mayor sea la frecuencia (o velocidad) de la señal ensayada, mayores son los problemas ocasionados por las interferencias. En caso de trabajar con señales de radiofrecuencia, se recomienda usar puntas compensadas. - Página 6-