OBJETIVOS:

1. Diseo e implementacin de un osciloscopio Digital.

Disear un circuito para el acondicionamiento de una seal de entrada de 50Vpp, a una seal de 5V. Adquirir la seal mediante la tarjeta USB de Adquisicin o mediante el DSPIC30F4013 con el PIC18F4550 para la comunicacin USB.

INTRODUCCIN:El osciloscopio es un instrumento destinado a la medicin y visualizacin de seales elctricas. Es bsicamente un dispositivo de visualizacin grfica que muestra seales elctricas variables en el tiempo. En el presente avance, se muestran diseos acerca del acondicionamiento de la seal de entrada (50Vpp), para obtener a la salida 5 voltios, los cuales van a la tarjeta USB de adquisicin de datos ADQ versin 3, para el interface con la PC mediante Matlab o la seal ser conectada a un DSpic (para la adquisicin de la seal) y a un pic18f4550 (para la comunicacin USB).Nuestro proyecto tendr las siguientes etapas:

TARJETA DE ADQUISICIN USB

ACONDICIONAMIENTO DE LA SEALVin=50vPP

MATLAB PCSEAL

ADQUISICIN DE LA SEAL CON UN DSPIC

PIC18F4550 (USB)

FUNDAMENTO TERICOEl osciloscopio es bsicamente un dispositivo de visualizacin grfica que muestra seales elctricas variables en el tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.

Como se sabe un Osciloscopio consta bsicamente de un sistema que produce un haz de electrones el cual incide sobre una pantalla de material fosforescente, donde se los visualiza. Los electrones se producen mediante un sistema de filamento y ctodo, luego son focalizados por medio de una lente electrnica convergente que los hace incidir sobre la pantalla en forma puntual.

El punto luminoso logrado de esta manera sobre la pantalla, se posiciona exactamente sobre la misma gracias a un sistema formado por dos pares de placas deflectoras, un par vertical y otro horizontal. Las rejillas verticales producen un campo elctrico proporcional a la seal que se est analizando, provocando la deflexin del haz electrnico hacia arriba o hacia abajo.Las rejillas horizontales producen el barrido horizontal del haz, y pueden estar comandadas por una segunda seal externa o, (lo que es ms usual), por un circuito interno de barrido que produce repetidamente la deflexin del haz electrnico de un extremo al otro de la pantalla, en un intervalo de tiempo determinado.Presenta los valores de las seales elctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen as obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.Los osciloscopios, clasificados segn su funcionamiento interno, pueden ser tanto analgicos como digitales, siendo el resultado mostrado idntico en cualquiera de los dos casos, en teora.OSCILOSCOPIO ANALGICO:La tensin a medir se aplica a las placas de desviacin vertical oscilante de un tubo de rayos catdicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviacin horizontal se aplica una tensin en diente de sierra (denominada as porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensin 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 seal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

OSCILOSCOPIO DIGITAL:En la actualidad los osciloscopios analgicos estn 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 seal es previamente digitalizada por un conversor analgico digital. Al depender la fiabilidad de la visualizacin de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al mximo.Las caractersticas y procedimientos sealados para los osciloscopios analgicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualizacin de eventos de corta duracin, o la memorizacin 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 analgicas y digitales.La principal caracterstica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma determinara el ancho de banda mximo que puede medir el instrumento, viene expresada generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo).La mayora de los osciloscopios digitales en la actualidad estn basados en control por FPGA (Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento controlador del conversor analgico a digital de alta velocidad del aparato y dems circuitera interna, como memoria, buffers, entre otros.Estos osciloscopios aaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitera analgica, como los siguientes: Medida automtica de valores de pico, mximos y mnimos de seal. Verdadero valor eficaz. Medida de flancos de la seal y otros intervalos. Captura de transitorios. Clculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la seal. tambin sirve para medir seales de tensin

IMPLEMENTACIN DE UN OSCILOSCOPIO:Hay que tener en cuenta bsicamente esto:1. Determinar directamente el perodo y el voltaje de una seal. 1. Determinar indirectamente la frecuencia de una seal. 1. Determinar que parte de la seal es DC y cual AC. 1. Localizar averas en un circuito. 1. Medir la fase entre dos seales. 1. Determinar que parte de la seal es ruido y como varia este en el tiempo. Los osciloscopios son de los instrumentos ms verstiles que existen y lo utilizan desde tcnicos de reparacin de televisores a mdicos. Un osciloscopio puede medir un gran nmero de fenmenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud fsica en seal elctrica) ser capaz de darnos el valor de una presin, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un carro, etc.

DISEOS A UTILIZAR En el presente esquema, se muestra el acondicionamiento para una seal de entrada menor a +/-150V, una etapa de amplificacin x1, x10 y su salida la cual vara entre +/-12v, este diseo es para un canal.

Este siguiente diseo tiene las caractersticas:-Ancho de banda de entrada y salida > 20khz.-Circuito de entrada con adaptador de impedancia capaz de soportar tensiones hasta 100 pp.-Circuito de salida 50ohm capaz de entregar 12 v pp, con regulacin de offset.FUNCIONAMIENTO: En la figura, U1 y U2 son los amplificadores de los canales 1 y 2 del osciloscopio. Por medio de sw1 y sw11 seleccionamos si la seal a medir queremos eliminarle la componente de continua. Sw2 y Sw12 seleccionan el rango de tensiones de entrada hasta 1v pp en una posicin y 100v pp en la otra (aproximadamente segn la tarjeta). Los trimer R2, R3, R12, R13 se han de ajustar. Las seales de salida de estos operacionales se aplican a la entrada de micro de la tarjeta de sonido.Por otro lado est U3 que amplifica la seal recibida por la tarjeta en modo generador de funciones. Los trimer R23 y 22 por medio de sw21 seleccionan el rango de la seal de salida hasta los lmites de la tensin de alimentacin. El potencimetro RV25 es un ajuste de offset o ajuste de la componente de continua de la seal de salida.

PARMETROS IMPORTANTES DE LOS OSCILOSCOPIOSA continuacin hacemos una relacin de las caractersticas tcnicas ms importantes de nuestros osciloscopios: Ancho de banda: Nos especifica el rango de frecuencias en las que los osciloscopios pueden medir con precisin. El ancho de banda se calcula desde 0Hz (continua) hasta la frecuencia a la cual una seal de tipo senoidal se visualiza a un 70.7% del valor aplicado a la entrada. Tiempo de subida: Este es otro parmetro que nos dar, junto al anterior, la mxima frecuencia de utilizacin del osciloscopio. Es un parmetro importante si se desea medir con fiabilidad pulsos y flancos (recordar que este tipo de seales poseen transiciones entre niveles de tensin muy rpidas). Los osciloscopios no pueden visualizar pulsos con tiempos de subida ms rpidos que el suyo propio. Sensibilidad vertical: Indica la facilidad de los osciloscopios para amplificar seales dbiles. Se suele proporcional en mV por divisin vertical, normalmente es del orden de 5mV/div (llegando hasta 2 mV/div). Velocidad: Para los osciloscopios analgicos esta especificacin nos indica la velocidad mxima del barrido horizontal, lo que nos permitir observar sucesos ms rpidos. Suele ser del orden de nano segundos por divisin horizontal. Velocidad de muestreo: En los osciloscopios digitales se indican cuantas muestras por segundo son capaces de tomar el sistema de adquisicin de datos (especficamente el conversor A/D). Cuando los osciloscopios son de calidad se llegan a velocidades de muestreo de Megamuestras/sg. Una velocidad de muestro grande es importante a la hora de poder visualizar pequeos periodos de tiempo. En el otro extremo de la escala, tambin se necesita velocidades de muestreo bajas para poder observar seales de variacin lenta. Generalmente la velocidad del muestreo cambia al actuar sobre el mando TimeBase para mantener constante el nmero de puntos que se almacenaran para representar la forma de la onda. Resolucin vertical: Esta se mide en bits y es un parmetro que nos da la resolucin del conversor A/D del osciloscopio digital. Nos indica con que precisin se convierten las seales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria. Tcnicas de clculo pueden aumentar la resolucin efectiva de los osciloscopios. Longitud del registro: Nos indica cuantos puntos de memorizan en un registro para la reconstruccin de la forma de la onda. Algunos osciloscopios nos permiten variar, dentro de ciertos lmites, este parmetro. La mxima longitud del registro depende del tamao de la memoria de que dispongan los osciloscopios. Una longitud del registro grande permite realizar zooms sobre detalles en la forma de onda de manera rpida (los datos ya han sido almacenados), sin embargo esta ventaja es a costa de consumir ms tiempo en muestrear la seal completa. Exactitud en la ganancia: Nos indica la precisin con la cual el sistema vertical de los osciloscopios amplifica atena la seal. Se proporciona normalmente en porcentaje mximo de error. Exactitud de la base de tiempos: Nos indica la precisin en la base de tiempos del sistema horizontal de los osciloscopios para visualizar el tiempo. Tambin se suelen dar el porcentaje de error mximo. TRMINOS UTILIZADOS AL MEDIR:Existe un trmino general para describir un patrn que se repite en el tiempo: onda. Existen ondas de sonido, ondas ocenicas, ondas cerebrales y por supuesto, ondas de tensin. Un osciloscopio mide estas ltimas. Un ciclo es la mnima parte de la onda que se repite en el tiempo. Una forma de onda es la representacin grfica de una onda. Una forma de onda de tensin siempre se presentar con el tiempo en el eje horizontal (X) y la amplitud en el eje vertical (Y). La forma de onda nos proporciona una valiosa informacin sobre la seal. En cualquier momento podemos visualizar la altura que alcanza y, por lo tanto, saber si el voltaje ha cambiado en el tiempo (si observamos, por ejemplo, una linea horizontal podremos concluir que en ese intervalo de tiempo la seal es constante). Con la pendiente de las lneas diagonales, tanto en flanco de subida como en flanco de bajada, podremos conocer la velocidad en el paso de un nivel a otro, pueden observarse tambin cambios repentinos de la seal (ngulos muy agudos) generalmente debidos a procesos transitorios. TIPOS DE ONDAS:Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes: 1. Ondas senoidalesSon las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades matemticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de seales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la seal que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma, las seales de test producidas por los circuitos osciladores de un generador de seal son tambin senoidales, la mayora de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen seales senoidales. La seal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en fenmenos de oscilacin, pero que no se mantienen en el tiempo.

2. Ondas cuadradas y rectangularesLas ondas cuadradas son bsicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensin, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo de seales contienen en si mismas todas las frecuencias). La televisin, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de seales, fundamentalmente como relojes y temporizadores. Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensin permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes para analizar circuitos digitales.

3. Ondas triangulares y en diente de sierraSe producen en circuitos diseados para controlar voltajes linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analgico el barrido tanto horizontal como vertical de una televisin. Las transiciones entre el nivel mnimo y mximo de la seal cambian a un ritmo constante. Estas transiciones se denominan rampas. La onda en diente de sierra es un caso especial de seal triangular con una rampa descendente de mucha ms pendiente que la rampa ascendente.

4. Pulsos y flancos escalonesSeales, como los flancos y los pulsos, que solo se presentan una sola vez, se denominan seales transitorias. Un flanco escaln indica un cambio repentino en el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un interruptor de alimentacin. El pulso indicaria, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en un determinado tiempo se ha desconectado. Generalmente el pulso representa un bit de informacin atravesando un circuito de un ordenador digital tambin un pequeo defecto en un circuito (por ejemplo un falso contacto momentneo). Es comn encontrar seales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de comunicaciones.

BIBLIOGRAFA:2. http://www.forosdeelectronica.com/f23/circuito-osciloscopio-pc-9921/3. http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php4. http://www.mitecnologico.com/Main/FuncionamientoOsciloscopioDigital