OBJETIVOS

Reconocer y familiarizarse con los controles del osciloscopio.

Conocer las diferentes funciones del osciloscopio como instrumento de medida.

FUNDAMENTO TEÓRICO

El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar señales eléctricas (específicamente voltajes) en función del tiempo. Este instrumento, permite representar diferencias de potencial variables o no en el tiempo, y medir mediante una pantalla graduada los valores de voltaje y período, así como diferencias de fase entre dos voltajes, entre otros.

Los osciloscopios analógicos tienen un tubo de rayos catódicos que consta de tres partes fundamentales encerradas en un tubo de vidrio y con un vacío elevado:

1) Cañón de electrones.

2) Dispositivo de desviación de electrones.

3) Pantalla.

En la figura se representa esquemáticamente sus elementos principales.

1.- Cañón de electrones: Básicamente consta de tres dispositivos: a) un filamento F que calienta el cátodo C para que emita electrones, b) un ánodo A, conectado a potencial positivo con respecto a C, que acelera los electrones, actuando al mismo tiempo de diafragma, dando lugar al estrecho haz de electrones O O’, y c) el llamado cilindro Whenelt o cilindro rejilla W que está a potencial negativo con respecto a C y cuya misión es regular la intensidad del haz.

2.- Dispositivo de desviación de electrones: está formado por dos pares de placas PH y PV. El primer par PH crea un campo eléctrico E horizontal y el segundo PV otro vertical, lo que permite desviar el haz de electrones en ambos sentidos. (En algunos osciloscopios se usa un procedimiento de desviación magnética). La desviación puede ser prácticamente proporcional a la tensión

aplicada a las placas deflectoras. Con los dos pares de placas el punto puede desviarse a cualquier punto de la pantalla.

3.- Pantalla: El interior de la parte frontal del tubo P está recubierto por una sustancia fluorescente que se ilumina cuando inciden sobre ella los electrones, lo que constituye la pantalla del osciloscopio.

La respuesta de los electrones a las tensiones aplicadas es muy rápida de modo que el ojo humano no podría seguir el movimiento de los mismos. Para evitar este problema se utiliza simultáneamente los dos pares de placas deflectoras de la forma siguiente: el voltaje que se quiere observar se aplica a las placas deflectoras verticales y simultáneamente a las placas deflectoras horizontales se aplica un voltaje que aumenta uniformemente con el tiempo, así el punto dibuja un gráfico de V en función de t, siendo la desviación vertical del haz proporcional a V(t) y la horizontal al tiempo.

Para observar una onda de forma periódica el voltaje deflector horizontal debe variar con la misma frecuencia que el voltaje a observar, de esta forma el haz barre la pantalla durante un ciclo, saltando rápidamente al principio de la misma para barrerla de nuevo en el ciclo siguiente. De este modo cada ciclo del voltaje se traza una y otra vez. La forma de onda del voltaje aplicado a la deflexión horizontal se muestra en la figura; su aspecto hace que reciba el nombre de tensión en diente de sierra. En el TRC recibe también el nombre de tensión de barrido lineal o base de tiempos lineal.

EQUIPO

Un osciloscopioDos pilas de 1.5 voltios cada unaUna fuente de voltaje constanteCables de conexiónUn transformador de voltaje alterno 220/6V, 60 Hz.Un multimetro digital

PROCEDIMIENTO

CONTROLES DEL OSCILOSCOPIO

En general, los osciloscopios tienen un panel frontal de controles referente a cada uno de los canales de entrada, generador de barrido, control de posición horizontal y vertical de las señales, entre otros (tal como se muestra en la Figura)

CONTROLES GENERALES

1. Pantalla con cuadrícula. Esta es el área donde aparece el trazo luminoso y corresponde a la pantalla de observación del tubo de rayos catódicos. Dicha pantalla posee una cuadrícula de 8 divisiones de ancho por 10 divisiones de altura. Cada división mide aproximadamente un centímetro y en los ejes centrales, cada división se subdivide en 5 partes iguales.

2. Control de intensidad (intensity). Ajusta la intensidad del brillo del trazo luminoso.

3. Control de rotación del trazo. Permite alinear el trazo luminoso con el eje horizontal de la pantalla.

4. Control de enfoque. Varía el radio del haz del de electrones que choca contra la pantalla y enfoca el haz de electrones mejorando la nitidez del trazo.

5. Terminal CAL. Este terminal proporcional una señal de onda cuadrada de 1 KHz de frecuencia y una amplitud de 0,2 Volt pico a pico. Se utiliza para ajustar la compensación de las puntas de prueba.

6. Conexión a tierra. Este es un terminal que permite la conexión al aterramiento eléctrico del aparato lo cual se hace a su vez por medio del cable de alimentación del mismo instrumento.CONTROLES VERTICALES

El osciloscopio marca BK PRECISION, MODELO 2120B, posee dos canales de entrada, es decir, que puede recibir dos señales distintas y mostrarlas simultáneamente en la pantalla. Cada canal posee un conjunto de controles similares (enumerados del 7 al 12)

7. Control de sensibilidad vertical (VOLTS/DIV). Consiste en un selector, donde cada posición del mismo viene marcada por un número que indica el valor de voltaje que corresponde a una división de la pantalla. Para ello es necesario que la perilla que se encuentra en el centro del selector (control VAR) esté en la posición CAL, rotación completa en sentido anti-horario. En el modo X-Y, ajusta la sensibilidad del eje X.

8. Control VAR. Este control debe estar normalmente en la posición CAL. La rotación de este control facilita un ajuste fino de la sensibilidad vertical. Esto permite que la forma de onda pueda ser ajustada a número exacto de divisiones, aun cuando las medidas verticales no sean las realmente indicadas en el control de sensibilidad VOLTS/DIV.

NOTA. Cuando se hala esta perilla, la sensibilidad vertical se incrementa en un factor decinco (PULL X5). Por ejemplo, la posición 5mV/DIV se transforma en 1 mv/DIV.

9. Conector de entrada. En este punto se acoplan las puntas de prueba del instrumento y a través del mismo se introducen las señales en estudio al canal 1 del instrumento ( o al canal X en el modo de funcionamiento X-Y). A este tipo de conector se le conoce como BNC (British Nacional Connector).

10. Selector de modo de acoplamiento (AC-GND-DC). Permite el acoplamiento de la señal al osciloscopio en tres modos: AC-GND-DC.

10.1. AC. Las señales se acoplan en el modo capacitivo; se bloquean las señales DC. El límite de baja frecuencia es de aproximadamente 10 Hz.10.2. GND. Se desconecta el circuito de entrada y ninguna señal es recibida por el instrumento. Coloque el selector en esta posición cuando se desee alinear el trazo a una línea de referencia determinada sin necesidad de desconectar las puntas de prueba. 10.3. DC. Modo de acoplamiento directo de la señal de entrada. Habilita la entrada de componentes AC y DC al instrumento.

11. Control de posición vertical ( POS).

MANEJO DEL OSCILOSCOPIO

Encienda el osciloscopio usando el interruptor 4. Se encenderá una luz roja en el boton5; usando los interruptores 6 y 8 logre que el punto o la línea tengan una intensidad y un ancho adecuado a su vista.

Observe que la señal en el osciloscopio puede se línea o punto dependiendo de la posición del interruptor 30. Línea en la posición “afuera” y punto en la posición “adentro”.

Sin conectar ningún potencial externo ni en 12 ni en 17, coloque 15 y 20 ambos en posición GND. Con el control 21 en posición CHA (canal 1) use los controles 11 y 27 para colocar el punto luminoso en el centro de la pantalla del osciloscopio. Con el control 21 en CHB (canal 2) use los controles 16 y 27 para colocar el punto luminoso en el centro de la pantalla o en un punto que usted elija como cero para sus medidas de voltaje.

MEDIDAS DE VOLTAJE DC

Coloque los interruptores 15 y 20 en la posición DC. Conecte una fuente de voltaje constante (una pila por ejemplo) a la conexión 12. Manteniendo el control 21 en posición CHA y el control 24 en CHA observe la desviación vertical del punto luminoso. Use las diferentes escalas dadas por el interruptor 13 y decida cuál es la más conveniente.

Repita lo hecho en el paso 5 con el voltaje constante conectado a la conexión 17, el control 2 en la posición CHB y el 24 en CHB. Use ahora las escalas dadas por el interruptor 18.

NOTA: Para que las escalas de los interruptores 13 y 18 sean dados directamente en voltios por división es necesario que los controles 14 y 19 se encuentren en sus posiciones: rotados totalmente en sentido horario y empujados hacia adentro.

Regrese los controles 14 y 19 a sus posiciones tales que 13 y 18 de lectura en voltios por división.

Use la fuente de voltaje constante con varias salidas y mitad el voltaje de cada salida con el osciloscopio. Compare con los resultados obtenidos usando el multímetro digital.

MEDIDAS DE VOLTAJE AC: amplitud, voltaje pico-pico, periodo y frecuencia

Coloque el interruptor 30 en la posición “afuera”.

Conecte el transformador de 6V a la conexión 12, el interruptor 21 en CHA, y control 30 hacia “afuera”. Encuentre la mejor escala de voltios por división (control 13) y la de tiempo por división (control 28) para ver completamente un periodo de voltaje senoidal. Use los controles 22 y 25 para estabilizar el gráfico en la pantalla del osciloscopio.

El número de cuadraditos “verticales” multiplicado por el valor indicado en el interruptor 13 nos da la medida en voltios tanto la amplitud como del voltaje pico-pico.

El número de cuadraditos horizontales multiplicado por el valor indicado por el interruptor 28 nos da el periodo del voltaje alterno del trasformador. Esto es cierto sólo si el control 29 está en posición totalmente rotado en sentido horario.

La frecuencia en hertz(Hz) es la inversa del periodo (f =1/T).

Repita las medidas hechas en 11 usando CHB.

Compare los valores de amplitud y voltaje pico-pico con el voltaje eficaz medido por el multímetro. La relación es Vef =V√2/2, siendo V la amplitud.

Conecte el generador de onda a la conexión 17 y genere una onda de 7 voltios de amplitud y 100HZ. Compare el valor digital de frecuencia dado por el generador de función medido en el osciloscopio.

OTRAS FUNCIONES DE VOLTAJE V(t)

Produzca con el generador de función de onda de voltaje que dependen del tiempo en forma de onda cuadrada y en forma de diente de sierra. En cada caso relacione la frecuencia dada por el generador con el periodo medido con el osciloscopio.

OSCILOSCOPIO COMO GRAFICADOR XY

Para que el osciloscopio funcione como graficador XY es necesario que el interruptor 30 esté en la posición “adentro”, el interruptor 24 en CHA, y el 21 en CHB. Conecte la salida del transformador de 6 voltios simultáneamente a CHA y a CHB. Con el interruptor 30 en posición “afuera” observe como se ve el voltaje senoidal en cada canal. Con ayuda de los controles 11 y 16 trate de ubicar las señales de canal 1 y canal 2 en diferentes alturas de la pantalla del osciloscopio. Colocando el interruptor 21 en la posición DUAL observará ambos voltajes al mismo tiempo

Ponga el interruptor 30 en posición “adentro”. El 21 en CHB y el 24 en CHA observe el grafico XY.

Observe el efecto de jalar hacia “afuera” el interruptor 16.

Conecte el transformador al canal 1 y el generador de función al canal 2. Genere una función de onda de 60 hz y observe gráfico xy.

Repita 19 usando frecuencias de 120,180 y 240 Hz.