05- El Osciloscopio

Servicio Nacional de Aprendizaje

EL OSCILOSCOPIO

Modelo de la Mejora Continua

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El Osciloscopio. Un osciloscopio es un dispositivo usado para observar y medir seales electrnicas dependientes del tiempo. Es esencialmente un voltmetro mejorado el cual muestra una grfica de una diferencia de potencial Vs tiempo. Tambin puede graficar una seal de voltaje en funcin de otra. Tanto la escala vertical de voltaje como la escala horizontal de tiempo en la pantalla del osciloscopio son ajustables; se pueden observar pequeas seales de 10mV o grandes de 50V, sobre escalas de tiempo tan pequeas como un 1s o tan grande como 1s.

Figura 1. Panel frontal del Osciloscopio Leader 1021

Un Osciloscopio puede dibujar un fragmento de la seal sobre un periodo de tiempo que se especifique. En lugar de colectar un simple fragmento de una seal de entrada, un osciloscopio actualiza repetidamente la pantalla con nuevas colecciones de fragmentos. Cada fragmento es llamado trazo. Esta aproximacin tiene un problema inherente. Si el osciloscopio visualiza simplemente un trazo inmediatamente uno despus de otro, pueden resultar trazos traslapados. Para ilustrar el problema la figura 2 muestra una seal sinusoidal tomada sin sincronizacin.

Figura 2. Mltiples fragmento de una seal

Sinusoidal sin sincronizacin.


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El osciloscopio soluciona este problema actualizando la pantalla basndose en una seal de sincronizacin o disparo (Trigger). Los trazos son dibujados iniciando en un nivel de voltaje especificado y con una condicin de pendiente especificada (rising - subida o falling - bajada). Las condiciones de disparo por pendiente y nivel se ilustran en la figura 3 para la misma seal sinusoidal de la figura anterior. Con la sincronizacin (Trigger), cada trazo se sobrepone al ltimo y se obtiene una grfica estable.

Figura 3. Dos grficas del osciloscpio de la misma seal, con igual nivel de disparo-trigger. (a) disparo en un pendiente positiva y (b) disparo en una pendiente negativa.

Pantalla En la figura 4 se representa la pantalla de un osciloscopio. Se observa que existen unas marcas en la pantalla que la dividen tanto vertical como horizontalmente, formando lo que se denomina retcula rejilla. La separacin entre dos lneas consecutivas de la rejilla constituye lo que se denomina una divisin. Normalmente la rejilla posee 10 divisiones horizontales por 8 verticales del mismo tamao (cercano al cm.), lo que forma una pantalla ms ancha que alta. En las lneas centrales, tanto horizontal como verticalmente, cada divisin cuadro posee unas marcas que la dividen en 5 partes iguales (utilizadas para tomar medidas ms finas).

Figura 4. Pantalla de un osciloscopio


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Algunos osciloscopios poseen marcas horizontales de 0%, 10%, 90% y 100% para facilitar la medida de tiempos de subida y bajada en los flancos (se mide entre el 10% y el 90% de la amplitud de pico a pico). Algunos osciloscopios tambin visualizan en su pantalla cuantos voltios representa cada divisin vertical y cuantos segundos representa cada divisin horizontal.

Las seales que se visualizan en la pantalla estn en escala, tanto horizontal como verticalmente. El valor de la escala lo determinan dos controles; el de escala para el eje vertical se denomina Volt/Div (se pronuncia voltios por divisin), y para la escala del eje horizontal se denomina Time/Div (se pronuncia tiempo por divisin). En el anexo se muestra la posicin de dichos controles y las diferentes escalas para cada uno.

Medicin y Calibracin. Medicin de voltajes en una seal con osciloscopio. Generalmente cuando se habla de voltaje realmente se expresa la diferencia de potencial elctrico, expresado en voltios, entre dos puntos de un circuito. Pero normalmente uno de los puntos esta conectado a masa (0 voltios) y entonces se simplifica hablando del voltaje en el punto A (cuando en realidad es la diferencia de potencial entre el punto A y GND. El osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa. Para realizar medidas de voltajes con un osciloscopio, simplemente se debe contar el nmero de divisiones verticales que ocupa la seal en la pantalla y luego se multiplica por el valor que est indicando el control de Volts/Div

Se cuentan el nmero de divisiones que ocupa la seal y luego se multiplica por el valor de la escala que est indicando el control de Volt/Div. Se debe utilizar la lnea vertical para obtener buena precisin.

Figura 4. Medicin de voltaje

Voltaje = Nmero de Divisiones Valor del control Volt/div En la seal cuadrada de la figura 4, el nmero de divisiones del voltaje mximo o pico es 3. Ahora si el control de Volts/div es 10mV, tenemos:


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Vmax = 3 div 10mV

div = 30mV

Cuando se realizan mediciones de voltaje, el control inner debe estar apagado, o sea totalmente girado a la derecha. En el anexo 1 se encuentran una descripcin ms detallada de los controles y su ubicacin. Medicin de tiempo y frecuencia de una seal. Para realizar medidas de tiempo se utiliza la escala horizontal del osciloscopio. Esto incluye la medida de periodos, anchura de impulsos y tiempo de subida o bajada de impulsos. La frecuencia es una medida indirecta y se realiza calculando la inversa del periodo. Al igual que ocurre con la medicin de voltajes, la medida de tiempo ser ms precisa si la seal objeto de medida ocupa la mayor parte de la pantalla, para ello se manipula el control de base de tiempo Time/Div. Primero se centra la seal utilizando el control de posicionamiento vertical, luego cuenta el nmero de divisiones o espacios en el eje horizontal; una vez contadas las divisiones, ste valor se multiplica por el nmero que indique el control de Time/Div. El resultado obtenido es el perodo de la seal.

Se cuentan el nmero de divisiones que ocupa la seal y luego se

multiplica por el valor de la escala que este indicando el control de Time/Div.

Se debe utilizar la lnea horizontal para obtener buena precisin Figura 5. Medicin de tiempo

Periodo ( T ) = No de Diviones horizontales Valor del control Time/Div En la onda senoidal de la figura 5, el nmero de divisiones horizontales (periodo) es de 5. Ahora, si el control de Time/Div esta en 5s, tenemos:

T = 3 div 5s

div15s


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La frecuencia de la seal es:

1 1 = 15s

= 66.666Khz

FT

Es importante aclarar que el control inner de voltaje y tiempo, deben estar apagados o girados completamente a la derecha, para que la lectura tomada sea correcta. A continuacin se describen los pasos para calibrar el osciloscopio y, realizar mediciones de voltaje y tiempo de una seal. Calibracin y medicin de voltaje. Para realizar la calibracin remtase al anexo, con el fin de ubicar los controles que se descuben a continuacin.

1. Conectar el Osciloscopio al sistema de alimentacin y oprimir Power(encendido) 2. Ajustar los siguientes controles en la siguientes posiciones:

a Vertical Mode: CH1 b Volts/Div: 0.5 c AC- GND-DC: GND d Mode: AUTO e Source: INT o CH1 F Time/Div: 0.2ms

Debe aparecer una lnea de la pantalla, de lo contrario se debe centrar la lnea con los controles de posicin vertical y horizontal.

3. Ubicar el control de AC-GND-DC en AC 4. Conectar la punta de prueba en el terminal de medida CAL. Aparece una seal cuadrada

Medicin de tensin

5. Ajustar el control de Volt/Div en 0.2 , para medir el voltaje con facilidad 6. Mover los controles de Volts/Div y Time/Div a la izquierda y derecha para observar los cambios

en la seal. 7. Retornar el control de Volts/Div en .2 8. Con el control de posicionamiento vertical, situar la seal sobre la lnea central de la pantalla 9. Contar el nmero de cuadros hacia arriba que ocupa la seal. 10. Multiplicar este valor 0.2, y esto nos da el valor del voltaje Vp o Vmax de la seal.

Medicin de frecuencia.

1. Centrar la seal vertical y horizontalmente 2. Mediante el control de posicionamiento horizontal, posicionar el inicio de un ciclo en un punto

donde se encuentre el eje vertical y horizontal. 3. Medir el nmero de cuadros o divisiones a la derecha 4. Multiplicar el valor obtenido anteriormente por el valor indicado en el control de Time/Div


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5. El valor obtenido es el periodo de la seal 6. El valor de la frecuencia se calcula tomando el inverso del periodo

1FT

ANEXO

Controles. A continuacin se muestran los controles para dos modelos de osciloscopios Leader, 1020 y 1021. Las perillas e interruptores se etiquetan para referenciarlos fcilmente.

Figura 6. Panel de control para el Osciloscopio

Leader 1020 de 20Mhz Figura 7. Panel de control para el Osciloscopio

Leader 1021 de 20Mhz

Controles verticales A. Seal de Entrada (Signal Input) Conector coaxial. Conector de la punta del Osciloscopio para conectar al circuito de prueba . B. Vertical Display Mode (V Mode)

Este interruptor (Switch) determina cual seal o combinacin de seales son mostradas en pantalla. CH1 y CH2. Ajustan en pantalla los canales 1 y 2 respectivamente.

ALT. Las seales aplicadas a los canales CH1 y CH2 aparecen en la pantalla en forma alterna.

CHOP. Las seales en los dos canales son mostradas al mismo tiempo en la pantalla. ADD. Suma algebricamente las seales de los canales 1 y 2 y las muestra en pantalla.

C. Acople de la seal de entrada. Se emplea para seleccionar el acoplamiento entre la seal y el amplificador vertical.


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AC. La seal de entrada es conectada a travs de un condensador, el nivel de DC de la seal es bloqueado pero la componente de AC es mostrada.

DC. La seal de entrada es conectada directamente al amplificador vertical y es mostrados

sus cambios incluyendo el nivel de DC que tenga. GND. La entrada del amplificador vertical es aterrizada. (Se conecta a GND)

D. Escala Vertical (Volts/Div).

Esta perilla constituye un atenuador el cual selecciona el factor de deflexin vertical o escala (V o mV por divisin). Se emplea para obtener un rango de amplitud de la seal que sea observable en la pantalla del osciloscopio. Una divisin corresponde a cuadrado de la pantalla. El control inner es usado para atenuar la escala vertical continuamente. Hay que usarlo con precaucin; si este control no esta girado completamente a la derecha, el ajuste de Volts/Div del control primario no es exacto. Siempre se debe verificar que el control de inner antes de hacer una medicin de voltaje.

. E. Posicin Vertical

Se emplea para ajustar la posicin del eje vertical. Al moverlo la seal se desplaza hacia arriba o hacia abajo.

Controles Horizontales. F. Posicin Horizontal.

Se emplea para desplazar horizontalmente las ondas graficadas en pantalla. Al moverlo la seal se desplaza hacia la derecha o izquierda.

Pullx10 Mag. El barrido es ampliado 10 veces mediante este control. G: Escala Horizontal. (Time/Div)

Provee variaciones de la frecuencia de la seal de barrido horizontal, permite una visualizacin de uno o ms periodos de la seal. Este control escala la grafica de la pantalla en unidades de s, ms o s por division (DIV) indicados en la perilla. Una divisin (DIV) corresponde al ancho de un cuadrado rejilla de la pantalla.

H. Escala Variable.

El control variable es usado para variar la escala horizontal continuamente. Debe usarse con precaucin. Si el control no esta girado completamente a la derecha, el ajuste de Time/Div no es exacto. Siempre se debe verificar el control antes de hacer una medicin de tiempo.


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Control de Disparo (Triggering). K y L: Source (Fuentes de la seal de disparo).

Este conmutador determina cual seal dispara el osciloscpio para dibujar la grafica en la pantalla.

LINE. Ajusta el disparo con la frecuencia de la lnea de alimentacin. EXT. Una seal externa aplicada en el conector TRIG INPUT se emplea para hacer la

sincronizacin de la pantalla. INT CH1-CH2. La seal de entrada aplicada al canal 1 o al canal 2 se convierte en la seal de

disparo para el circuito de sincronismo. K y L: Modo de disparo (MODE).

Selecciona el modo de disparo. Mode Trigger. AUTO. El instrumento hace un barrido de automtico en el cual el barrido siempre conduce. NORM. El barrido ocurre nicamente cuando el disparo siempre es efectuado. TV (V). Se emplea para observar seales de televisin verticales. TV (H). Se emplea para observar seales de televisin Horizontales.

Acople de la seal de disparo. (COUPLING).

Este interruptor determina como la seal de disparo es acoplada. DC. Ajusta el acople de toda la seal de disparo al osciloscopio, AC+DC. AC. Remueve cualquier componente constante (DC) de la seal de disparo. HF-REJ y LF-REJ. Son usados para rechazar componentes de alta y baja frecuencias de la seal

de disparo respectivamente. (Mediante un pasa-bajo o un pasa-alto). Ellos ayudan a reducir falsos disparos cuando se esta observando bien seales complejas de alta o baja frecuencia.


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Taller Para las Siguientes grficas, obtenga el voltaje pico a pico (Vpp), voltaje pico (Vp), Perodo (T) y Frecuencia (f)

Volt/Div: 20 Time/Div: 2ms Vpp:___________ Vp: _________ T: ___________ f: _________

Volt/Div: 50 Time/Div: 2.5s Vpp:___________ Vp: _________ T: ___________ f: _________




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Volt/Div: 0.01 Time/Div: 0.5ms Vpp:___________ Vp: _________ T: ___________ f: _________


Volt/Div: 50 Time/Div: 5s Vpp:___________ Vp: _________ T: ___________ f: _________

Volt/Div: 0.1 Time/Div: 50s Vpp:___________ Vp: _________ T: ___________ f: _________


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Volt/Div: 10m Time/Div: 0.1s Vpp:___________ Vp: _________ T: ___________ f: _________

Volt/Div: 0.01 Time/Div: 0.5ms Vpp:___________ Vp: _________ T: ___________ f: _________

Volt/Div: 0.2 Time/Div: 0.5s Vpp:___________ Vp: _________ T: ___________ f: _________

Volt/Div: 0.1 Time/Div: 0.2ms Vpp1:___________ Vp1: _________ Vpp2:___________ Vp2: _________ T: ___________ f: _________

Bibliografa. Manual LEADER 1020. http://webpages.ursinus.edu/lriley/courses/p112/labs/node15.html http://mxp.physics.umn.edu/f04/images/F04LabManChap1.pdf Instructor: Jos Leonel Herrera Giraldo

Andrey Julin Rentera Scarpetta. Vctor Garca Raga

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