Agenda ¿Qué es un osciloscopio? Pruebas básicas con sondas (modelo de baja frecuencia) Mediciones de temporización y tensión Escala correcta de las formas de onda en pantalla Comprensión de la función de disparo del osciloscopio Teoría de la operación y especificaciones de rendimiento del osciloscopio Pruebas básicas con sondas revisión (modelo dinámico/CA y efectos de la carga) Uso del Tutorial y la Guía de Laboratorio de DSOXEDK Recursos técnicos adicionales 1
¿Qué es un osciloscopio? Los osciloscopios convierten las señales eléctricas de entrada en una huella visible en una pantalla, es decir que convierten la electricidad en luz. Los osciloscopios grafican dinámicamente señales eléctricas variables en el tiempo en dos dimensiones (normalmente tensión vs. tiempo). Los ingenieros y técnicos utilizan osciloscopios para probar, verificar y depurar diseños electrónicos. Los osciloscopios serán el instrumento principal que utilizará en su laboratorio de Ingeniería Electrónica/Física para probar experimentos asignados. os-ci-los-co-pio 2
Términos familiares (así se los llama) Osciloscopio – Terminología comúnmente utilizada DSO – Osciloscopio de Almacenamiento Digital Osciloscopio Digital Digitalización del Osciloscopio Osciloscopio análogo: Osciloscopio con tecnología más antigua, aún en uso. CRO – Osciloscopio de Rayos Catódicos (se pronuncia “crou”). Aunque la mayoría de los osciloscopios ya no utilizan tubos de rayos catódicos para mostrar formas de onda, los australianos y los neozelandeses aún los llaman afectuosamente CROs. O-Scope MSO – Osciloscopios de Señal Mixta (incluye canales de analizador lógico de la adquisición) 3
Pruebas básicas con sondas Las sondas se utilizan para transferir la señal del dispositivo bajo prueba a las entradas BNC del osciloscopio. Hay diferentes tipos de sondas utilizadas para fines diferentes y especiales (aplicaciones de alta frecuencia, aplicaciones de alta tensión, corriente, etc.). El tipo de sonda más comúnmente utilizado se denomina "Sonda pasiva 10:01 divisora de tensión.
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Sonda pasiva 10:01 divisora de tensión Pasiva: No incluye elementos activos tales como transistores o amplificadores. 10-a-1: Reduce la amplitud de la señal entregada a la entrada BNC del osciloscopio en un factor de 10. También aumenta la impedancia de entrada 10 veces. Nota: ¡Todas las mediciones deben realizarse en relación con la tierra!
Modelo de Sonda pasiva 10:01 5
Modelo CC/baja frecuencia Modelo DC/De baja frecuencia: Se simplifica a un resistor de 9-M? en serie con la terminación de entrada del osciloscopio 1-M?. Factores de atenuación de sondas: Algunos osciloscopios tales como Keysight 3000 de la serie X detectan de forma automática sondas 10:01 y ajustan todos los parámetros verticales y mediciones de tensión con respecto a la punta de la sonda. Algunos osciloscopios tales como Keysight 2000 de la serie X requieren la introducción manual de un factor de atenuación de la sonda 10:01.
Modelo CA/Dinámico: Este tema se trata más adelante y durante la práctica de laboratorio Nº 5.
Modelo de Sonda pasiva 10:01 6
Comprensión de la pantalla del osciloscopio Área de presentación de la forma de onda que se muestra con líneas de retícula (o divisiones). Espaciado vertical de las líneas de retícula en relación con el ajuste voltios/división. Espaciado horizontal de las líneas de retícula en relación con el ajuste seg/división. Voltios Tiempo
Vertical = 1 V/div Horizontal = 1 µs/div 1 Div 1 Div 7
Cómo realizar mediciones Período (T) = 4 divisiones x 1 µs/div = 4 µs, Frec = 1/T = 250 kHz. V p-p = 6 divisiones x 1 V/div = 6 V p-p V máx = +4 divisiones x 1 V/div = +4 V, V mín = ? V p-p Período Vertical = 1 V/div Horizontal = 1 µs/div V máx Indicador de nivel de tierra (0,0 V) Estimación visual – La técnica de medición más común
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Cómo realizar mediciones Coloque manualmente los cursores X e Y en los puntos de medición deseados. El osciloscopio automáticamente multiplica por los factores de escala vertical y horizontal para proporcionar mediciones absolutas y delta. los cursores X1 Cursor X2 Cursor Y1 Cursor Y2 Cursor ? Lectura Lectura absoluta V & T Controles del cursor 9
Cómo realizar mediciones Selecciona hasta 4 mediciones automáticas paramétricas con una lectura actualizada continua.
Con las mediciones automáticas paramétricas del osciloscopio Lectura 10
Controles principales de configuración del osciloscopio Osciloscopios Keysight InfiniiVision 2000 & 3000 de la serie X
(Gp:) Escala horizontal (s/div) (Gp:) Posición horizontal (Gp:) Posición vertical (Gp:) Escala vertical (V/div) (Gp:) BNC de entrada (Gp:) Nivel de disparo
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Cómo escalar adecuadamente la forma de onda Ajuste la perilla V/div hasta que la forma de onda rellene la mayor parte de la pantalla verticalmente Ajuste la perilla de Posición vertical hasta que la forma de onda se centre verticalmente. Ajuste la perilla s/div hasta que se muestren unos pocos ciclos horizontalmente. Ajuste la perilla Nivel de disparo hasta que el nivel se establezca cerca del medio de la forma de onda verticalmente. – Aparecen demasiados ciclos. – Amplitud escalada demasiado baja. Condición de configuración inicial (ejemplo) Condición de configuración óptima Nivel de disparo La configuración de escala de la forma de onda del osciloscopio es un proceso iterativo en donde se deben hacer ajustes en el panel frontal hasta ver la "imagen" deseada en la pantalla.
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Comprensión de la función de disparo del osciloscopio Piense en la función de “disparo” del osciloscopio como la “captura de una imagen sincronizada”. Una “imagen” de la forma de onda se compone de muchas muestras digitalizadas consecutivas. “La captura de imágenes” debe ser sincronizada con un único punto en la forma de onda que se repite. La función más común de disparo del osciloscopio se basa en la sincronización de adquisiciones (captura de imágenes) en un borde ascendente o descendente de una señal en un nivel de tensión específico. La función de disparo a menudo es la función menos entendida de un osciloscopio, pero es una de las capacidades más importantes que debe entender. La fotografía de llegada de una carrera de caballos es análoga al disparo en el osciloscopio 13
Ejemplos de la función de disparo Ubicación predeterminada del disparo (desde cero) en los DSO = centro de la pantalla (horizontal) Solamente la ubicación del disparo en los osciloscopios analógicos más antiguos = lado izquierdo de la pantalla (Gp:) Disparo = Borde descendente @ +2,0 V (Gp:) Punto de disparo (Gp:) Punto de disparo (Gp:) Sin disparar (captura de imagen desincronizada) (Gp:) Disparo = Borde ascendente @ 0,0 V (Gp:) Nivel de disparo por encima de la forma de onda (Gp:) Tiempo Positivo (Gp:) Tiempo Negativo
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Funciones de disparo avanzadas del osciloscopio La mayoría de los experimentos de laboratorio durante sus estudios se basarán en el uso de la función de disparo de "borde" estándar. La función de disparo de señales más complejas requiere opciones de disparo avanzadas.
Por ejemplo: Disparo en un bus serial I2C 15
Teoría de operación del osciloscopio Diagrama de bloque DSO Amarillo = Bloques de canal específico Azul = Bloques de sistema (soporta todos los canales) 16
Especificaciones de rendimiento del osciloscopio Todos los osciloscopios presentan una respuesta de frecuencia de paso bajo. La frecuencia donde se atenúa una onda sinusoidal de entrada en 3 dB define el ancho de banda del osciloscopio. -3 dB equivale a ~ error de amplitud de -30% (-3 dB = 20 Log ). El “Ancho de banda” es la especificación más importante del osciloscopio Respuesta de frecuencia de "Gauss" del osciloscopio 17
Selección del ancho de banda correcto Ancho de banda requerido para aplicaciones analógicas: = 3 veces superior a la frecuencia de la onda sinusoidal. Ancho de banda requerido para aplicaciones digitales: = 5 veces superior a la tasa del reloj digital. Determinación de ancho de banda más preciso según las velocidades del borde de la señal (consulte la nota de aplicación de “Ancho de banda” enumerada al final de la presentación) Entrada = Reloj digital 100-MHz
(Gp:) Respuesta con un osciloscopio de 100-MHz BW (Gp:) Respuesta con un osciloscopio de 500-MHz BW
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Otras especificaciones importantes del osciloscopio Tasa de muestreo (en muestras/seg) – Debería ser = 4X BW Profundidad de memoria: Determina la forma de onda más larga que se puede capturar mientras aún se realiza un muestreo en la tasa de muestreo máximo del osciloscopio. Número de canales: Normalmente 2 o 4 canales. Los modelos MSO agregan 8 a 32 canales de adquisición digital con resolución de 1 bit (alta o baja). Tasa de actualización de la forma de onda: Las tasas de actualización más rápidas mejoran la probabilidad de capturar problemas de circuitos que se producen con poca frecuencia. Calidad de visualización: Tamaño, resolución, número de niveles de gradación de la intensidad. Modos de disparo avanzados: Anchos de pulso de tiempo-calificado, Patrón, Video, Violación de serie, Pulso (velocidad de borde, Tiempo de configuración/retención, Pequeño), etc. 19
Revisión de pruebas con sondas – Modelo de sonda Dinámico/CA Cosciloscopio y Ccable son capacidades inherentes/parásitas (no intencionalmente diseñadas) Cpunta y Ccomp están intencionalmente incorporados al diseño para compensar Cosciloscopio y Ccable. Con una compensación de sonda correctamente ajustada, la atenuación dinámica/CA, debido a las reactancias capacitivas dependientes de la frecuencia, debe coincidir con la atenuación del divisor de tensión de resistencia (10:1) incluido en el diseño. Modelo de Sonda pasiva 10:01 Donde Cparalelo es la combinación en paralelo de Ccomp + Ccable + Cosciloscopio 20
Compensación de las sondas Conecte las sondas de Canal 1 y Canal 2 a la terminal “Comp de sonda” (misma que Demo2). Ajuste las perillas V/div y s/div para mostrar ambas formas de onda en pantalla. Utilizando un pequeño destornillador de punta plana, ajuste el capacitor de compensación de la sonda variable (Ccomp) en ambas sondas para obtener una respuesta plana (cuadrada). (Gp:) Compensación apropiada (Gp:) Canal-1 (amarillo) = Compensación excesiva Canal-2 (amarillo) = Compensación baja
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Carga de sondas El modelo de entrada del osciloscopio y la sonda se puede simplificar a una sola resistencia y condensador.
Cualquier instrumento (no sólo los osciloscopios) conectado a un circuito se convierte en una parte del circuito bajo prueba y afectará los resultados medidos … especialmente en frecuencias más altas. La “Carga” implica los efectos negativos que el osciloscopio/sonda pueden tener en el rendimiento del circuito.
Modelo de carga de Sonda + Osciloscopio
CLoad RLoad 22
Asignación Suponiendo que Cosciloscopio = 15pF, Ccable = 100pF y Cpunta = 15pF, calcule si Ccomp está debidamente ajustado. Ccomp = ______ Usando el valor calculado de Ccomp, calcule Ccarga. Ccarga = ______ Usando el valor calculado de Ccarga, calcule la reactancia capacitiva de Ccarga a 500 MHz. XC-Carga = ______ C Load = ? 23
Uso del Tutorial y la Guía de Laboratorio del osciloscopio Tarea – Lea las siguientes secciones antes de su primera sesión de laboratorio del osciloscopio: Sección 1 – Primeros pasos Sondas del osciloscopio Primeros pasos con el panel frontal Apéndice A – Teoría de la operación y diagrama de bloque del osciloscopio Apéndice B – Tutorial de ancho de banda del osciloscopio Práctica en laboratorio con los osciloscopios Sección 2 – Generador de onda y osciloscopio básic Laboratorios de medición (6 laboratorios individuales) Sección 3 – Laboratorios de medición avanzada del osciloscopio (9 laboratorios opcionales que su profesor puede asignarle) Tutorial y Guía de Laboratorio del osciloscopio Descargar en www.keysight.com/find/EDK 24
Consejos sobre cómo seguir las instrucciones de la guía de laboratorio Las palabras en negritas que están entre paréntesis, como por ejemplo [Ayuda], hacen referencia a una tecla del panel frontal.
Las “Teclas programables” hacen referencia a las 6 teclas/botones debajo de la pantalla del osciloscopio. La función de estas teclas cambia según el menú seleccionado.
Una tecla programable marcada con una flecha verde rizada ( ) indica que la perilla de uso general “Entrada” controla dicha selección o variable. Teclas programables Etiquetas de las teclas programables Perilla Entrada 25
Conecte una sonda entre el BNC de entrada del canal 1 del osciloscopio y la terminal marcada “Demo1”. Conecte otra sonda entre el BNC de entrada del canal 2 del osciloscopio y la terminal marcada “Demo2”. Conecte las pinzas a tierra de la sonda a la terminal de tierra central. Presione [Ayuda]; a continuación, pulse la tecla programable señales de capacitación. Cómo acceder a las señales de capacitación incorporadas La mayoría de los laboratorios del osciloscopio se centran en el uso de una variedad de señales de capacitación que se incorporan en los osciloscopios Keysight 2000 o 3000 de la serie X, si incluyen la opción del Kit de capacitación para educadores DSOXEDK.
Conexión a las terminales de prueba de las señales de capacitación utilizando sondas pasivas 10:01 26