Medidas Eléctricas Repartido 1: Osciloscopio 1/5 Problema 1 Práctico 1 - Osciloscopio Suponga para el tubo de rayos catódicos el modelo simplificado que se muestra en la figura 1. Las placas de desviación horizontal y vertical se suponen planas. Suponiendo: figura 1 a) Voltaje V a aplicado entre los extremos del ánodo acelerador; la diferencia de potencial V a tiene la polaridad que se indica en la figura 1, y el campo eléctrico que deriva de V a está dirigido según el eje x. b) Que los electrones que se evaporan del cátodo, tienen velocidad nula (o despreciable) a la entrada del ánodo acelerador, y que sus trayectorias a la entrada del ánodo acelerador coinciden con el eje de revolución (punteado en la figura) del tubo. c) Voltaje V H = 0 aplicado entre las placas de desviación horizontal. d) Voltaje V V, constante en el tiempo, aplicado entre las placas de desviación vertical. e) Campo eléctrico uniforme entre cada par de placas. Demostrar que la coordenada según la dirección y del punto en que el electrón incide en la pantalla, es & L, L )# V y = $ * D + ' l! % 2 + 2 ( " V V a, siendo l la distancia entre las placas de desviación vertical, y D y L las distancias indicadas en la fig. 1. Sugerencia: Para calcular la velocidad del electrón a la salida del ánodo acelerador, recordar que dentro del ánodo acelerador se conserva la energía del electrón. Observación 1: y es proporcional al voltaje de la placa V V. Si consideráramos V H no nulo, tendríamos una relación análoga entre V H y la coordenada z de incidencia del electrón en la pantalla (en el plano perpendicular al dibujo de la figura). Esto produce una desviación horizontal del haz, que es independiente de la desviación vertical calculada. Observación 2: En el problema, la señal V V es constante. En el caso más general, la señal aplicada a las placas es variable. Para que el osciloscopio funcione correctamente, la amplitud de la señal debe ser aproximadamente constante durante el tiempo que cada electrón atraviese las placas. Para esto, la velocidad de los electrones deberá ser suficientemente grande.
Medidas Eléctricas Repartido 1: Osciloscopio 2/5 Problema 2 Responda las siguientes preguntas: a) Se desea medir el período y la amplitud de una señal sinusoidal de frecuencia del orden de 12 khz, y voltaje de pico del orden de 5V, a partir de su observación en el osciloscopio de la figura 2. Elija la escala de tiempo y la escala voltaje adecuados para minimizar el error de medida. NOTA: la sección de las perillas es idéntica a la de la figura 3, de modo que si no distingue bien los números de la figura 2, recurra a la figura 3. figura 2 b) Se dispone de un osciloscopio, con las perillas en las posiciones indicadas en la figura 3. En los canales del osciloscopio hay señales independientes. En la figura 4 se muestra lo que se observa en la pantalla. Explique qué está pasando.
Medidas Eléctricas Repartido 1: Osciloscopio 3/5 figura 3 figura 4 c) En la pantalla del osciloscopio, con la escala de tiempos fijada en 5 mseg/div, se observa la señal sinusoidal indicada en la figura 5 (en la página siguiente). 1) Dibuje simultáneamente la rampa de disparo horizontal y la señal de entrada, con el tiempo en las abscisas. 2) Se cambia la base de tiempos a 10 mseg/div. Dibuje simultáneamente la nueva rampa de disparo horizontal y la señal de entrada, con el tiempo en las abscisas. Dibuje lo que se verá en la pantalla en este caso. figura 5
Medidas Eléctricas Repartido 1: Osciloscopio 4/5 Problema 3 En la figura se ilustra el modelo simplificado de un tipo de punta de prueba conectada a un osciloscopio. Calcular la respuesta en frecuencia del sistema discutiendo los casos posibles según C1 y C2. Problema 4 figura 6 En la figura se muestra el circuito equivalente de la entrada a un osciloscopio, incluyendo la punta y el cable de la misma: figura 7 Siendo: Ro = 1 Mohm Rp = 9 Mohm Cp = 11 pf Co = 25 pf Cuando la punta está correctamente ajustada: Ctot = Co + Ck + Caj = 99 pf La punta mal ajustada presenta Ctot = 125 pf. Se pide calcular el error relativo de lectura (en amplitud) a causa del ajuste incorrecto, si la señal de entrada tiene frecuencia 100 Hz, 1 khz, 10 khz y 1 MHz. Problema 5 (Examen) La figura muestra el circuito parcial de un atenuador de entrada correspondiente a un osciloscopio Heathkit. a) Muestre que las relaciones de división son aproximadamente las indicadas en el plano. Si todos los componentes poseen sus valores nominales, cuánto se apartan las relaciones de sus respectivos valores nominales? Cuál estima es la causa de este error? b) Cuál es la función de los capacitores C103A a C107A? Cuáles deben ser los valores a ajustar decada uno? c) Encuentre el ancho de banda del atenuador, en la relación 10, si el capacitor C103A quedó ajustado a un 10% menos del valor óptimo. d) Cuál es la función de los capacitores C101A y C102A? e) Esboce un método práctico para el ajuste de cada uno de estos capacitores, tal como debería hacerse en la fábrica, después del armado del aparato. Detalle el procedimiento a seguir.
Medidas Eléctricas Repartido 1: Osciloscopio 5/5 Problema 6 figura 8. Circuito de entrada al osciloscopio Se desea relevar la curva de histéresis de un amplifcador operacional funcionando como Schmitt Trigger. Para ello se dispone de un osciloscopio de dos canales y sus puntas de prueba correspondientes. vout Vcc 200mV vin Vss 7V figura 9. Curva de histéresis
Medidas Eléctricas Repartido 1: Osciloscopio 6/5 R1 R2 + vin - Voffset + - vo figura 10. Schmitt Trigger a) Explique cómo utilizaría el osciloscopio para visualizar la curva deseada, en dónde colocaría las puntas de prueba? y sus tierras? b) Que escala colocaría en cada canal para lograr visualizar lo mejor posible la curva característica?