Tipos de osciloscopio
Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla. Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).
OSCILOSCOPIO ANALÓGICO:
La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.
Figura 1.- Representación esquemática de un osciloscopio.
En la Figura 1 se puede ver una representación esquemática de un osciloscopio con indicación de las etapas mínimas fundamentales. El funcionamiento es el siguiente: En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el ánodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones.
Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación, tiene lugar una desviación del haz de electrones debido al campo eléctrico creado por la tensión aplicada.
De este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia de señal en las placas de desviación vertical, dibuje una línea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del rayo. Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la señal a medir (a través del amplificador de ganancia ajustable) el haz, además de moverse de izquierda a derecha, se moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la señal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada.
Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relación entre estas divisiones y el período del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Con ello a cada división horizontal corresponderá un tiempo concreto, del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. De esta forma en caso de señales periódicas se puede determinar tanto su período como su amplitud.
El margen de escalas típico, que varía de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos, hace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran variedad de señales.
OSCILOSCOPIO DIGITAL :
En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD.
En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo.
Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales.
Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes:
Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz.
Medida de flancos de la señal y otros intervalos.
Captura de transitorios.
Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal.
¿QUÉ PODEMOS HACER CON UN OSCILOSCOPIO?
Medir directamente la tensión (voltaje) de una señal.
Medir directamente el periodo de una señal.
Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
Medir la diferencia de fase entre dos señales.
Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
Localizar averías en un circuito.
Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.
Procedimiento
1. Manejo de los controles que posee el osciloscopio.
a) Conectar el osciloscopio a la línea. Luego proceda a su encendido.
b) Conectar la punta de prueba a uno de los canales y seleccionar ese canal en el osciloscopio.
c) Ajustar los controles de posición horizontal (x) y de posicionamiento vertical (y) de tal modo que aparezca un haz horizontal en el centro de la pantalla.
d) Ajustar la intensidad y la focalización del haz horizontal en la pantalla.
e) Ajustar los controles de selección de barrido (tiempo/div.) y de amplitud (volts./div) de tal manera que se pueda visualizar la señal de calibración del osciloscopio.
2. Medición de parámetros eléctricos en un circuito por medio de un osciloscopio.
a) Conectar un generador de audio a la línea. Proceder a su encendido.
b) Seleccionar una señal sinusoidal, ajustando su amplitud a unos 10v pico a pico y con una frecuencia de 500 Hz.
c) Armar el siguiente circuito:
d) Conectar el punto común de la prueba del osciloscopio al punto C del circuito.
e) Conectar el canal Y seleccionada al punto B del circuito.
f) Medir la amplitud, frecuencia y forma de onda en el osciloscopio.
3. Obtención de las Figuras de Lissajous.
a) En el circuito anterior, procede a conectar los bornes X y Y del osciloscopio de.
El punto común del osciloscopio en el punto B.
El canal Y del osciloscopio en el punto C.
El canal X del osciloscopio en el punto A.
b) Seleccionar la posición X-Y en el control de barrido para obtener un a figura de Lissajous.
c) Obtención de las figuras de Lissajous con dos generadores de audio frecuencia.
Ajustar la señal sinusoidal de un generador a 10V. pp y una frecuencia de 1KHz.
Ajustar la señal sinusoidal de otro generador a 10V. pp. Y una frecuencia de 2KHz.
Conectar el primer generador al canal X del osciloscopio.
Conectar el segundo generador al canal Y del osciloscopio.
Seleccionar la posición X-Y en el control del barrido para obtener una figura de Lissajous.
Variar las frecuencias de los dos generadores, tales que estén en las proporciones de: 2 a 3, 1 a 3, 2 a 5, y 1 a 4; y ajustar los controles del osciloscopio para obtener las figuras de Lissajous respectivas.
Cuestionario final
1) Hacer un gráfico de la señal de calibración del osciloscopio, indicando su amplitud, frecuencia y forma de onda.
En el presente grafico podemos ver una onda sinusoidal donde los valores de:
La amplitud es =10v.
El periodo es =2ms.
La frecuencia será 1/T = 1/2ms =500Hz.
2) Explicar las diferencias que existen entre las posiciones DC y AC del interruptor de selección para cada uno de los canales.
Se observa en el gràfico (en posiciòn AC) que los picos de voltaje estan a la misma distancia del exe x (voltaje = 0) y cuando se cambia DC ( gràfico 2) la gràfica se translada hacia arriba, se observa que el pico mas bajo coincide con los cero voltios.
GRÁFICA 2
DIBUJO DE LA GRAFICA EN EL OSCILOSCOPIO DEL CANAL "X"
DIBUJO DE LA GRAFICA EN EL OSCILOSCOPIO DEL CANAL "X" e"Y".
T1 = 4
T2 = 4
Se observa que las gráficas están en fase 0 o defase
DIBUJO DE LA GRAFICA EN EL OSCILOSCOPIO CAMBIANDO SU POSICIÓN
A1 = 3,4×2 = 6,8v
A2 = 3,2×1 = 3,2v
Las gráficas están en fase 1800
3) Dibujar las líneas de Lissajous obtenidas en el paso (3) del procedimiento.
FIGURA DE LISSAJOUS
La función que describe la gráfica es Y = – X. Debido a que se encuentran en desfase (fase=180º)
PROPORCIÓN DE:
1:2
1:2
PROPORCIÓN DE:
2:3
2:3
PROPORCIÓN DE:
1:3
1:3
PROPORCIÓN DE:
2:5
2:5
PROPORCIÓN DE:
1:5
1:5
Conclusiones
Hemos aprendido a utilizar el osciloscopio, y a calibrarlo.
Se aprendió a encontrar la figura de Lissajous utilizando un generador de audio.
En circuitos al alterar componentes como resistencias, potenciómetros, etc. Se altera la forma de onda de la corriente, el osciloscopio nos permite visualizar las ondas con claridad y observar fácilmente sus propiedades.
Bibliografía
http://www.geocities.com/magotrix/lissajous/lissajous.htm
http://usuarios.iponet.es/agusbo/osc/osc_3.htm
www.fceia.unr.edu.ar/eca1/files/teorias/osciloscopio.pdf
Autor:
Luis Miguel Munayco Candela
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