Tema 0. Instrumentación Electrónica

Instrumentación Electrónica Encarnación Marín Caballero

Equipos usados en Electrónica Osciloscopio

Generador de funciones

Fuente de alimentación

I. Osciloscopio 1.- Tipos de osciloscopios

Osciloscopio Analógico

Osciloscopio Digital

I. Osciloscopio 2.- Principio de funcionamiento

I. Osciloscopio 3.- Diagrama de bloques. Simulación

I. Osciloscopio 4.- Para qué se utiliza el osciloscopio

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (I)  Panel frontal

Hameg 203-6

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (II)  Pantalla

Posición vertical

Posición horizontal

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (III)  Pantalla

Las formas de onda se representan en dos ejes: el eje de abscisas representa tiempo y el eje de ordenadas representa tensión. Las escalas de ambos ejes son modificables por el usuario. La pantalla está dividida en cuadrículas y lo que el usuario elige es el valor de cada una de esas cuadrículas.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (IV)  Señales de entrada

Entradas CH I y CH II: Las señales se conectan a los conectores de entrada BNC mediante conectores BNC. La toma de corriente más pequeña junto a la toma de entrada BNC proporciona una conexión adicional 0 V, tierra o masa.

Y-POS: posición vertical del haz.

X-POS: posición horizontal del haz.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (V)  Sistema de visualización

INTENSIDAD: ajusta el brillo de la señal.

FOCUS (enfoque): ajusta la nitidez del haz, es decir, que la traza sea más precisa y defina.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (VI)  Sistema vertical

Amplificador vertical:

SELECTOR DE GANANCIA VERTICAL: permite amplificar o disminuir la forma de la señal de entrada del canal 1 o del canal 2. Está graduado en Tensión/División (V/Div. y mV/Div.).

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (VII)  Sistema vertical

SELECTOR DC-AC-GD: • Acoplamiento DC: deja pasar la señal tal como viene del exterior (es la señal real). Aquí se observa la componente continua. •Acoplamiento AC: bloquea mediante un condensador la componente continua (OFFSET) que posea la señal exterior. Aquí observamos únicamente la componente alterna. •Acoplamiento GD: desconecta la señal exterior de la sección vertical, y en su lugar se conecta a masa (0 voltios). Ésto nos permite situar una línea horizontal en la pantalla de referencia cero (generalmente el centro de la pantalla cuando se trabaja con una sola señal).

Tipo de acoplamiento:

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (VIII)  Sistema vertical

Modo DC y Modo AC: •El modo DC representa las formas de onda tal cual son, es decir, vemos la forma de onda real. •El modo AC elimina la componente de continua de una forma de onda. Forma de onda real: modo DC

Forma de onda en modo AC

11 10 1

9

0 Componente de continua

-1

0

Se elimina la componente de continua

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (IX)  Sistema vertical

Inversión de la señal:

Permite invertir la señal de entrada en el canal 1 (existen otros osciloscopios que invierten el canal 2).

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (X)  Sistema vertical

Modo alternado/chopeado:

Permite, cuando nos encontramos en modo DUAL, seleccionar el modo de trazado de las señales en pantalla. •En el modo alternado se traza completamente la señal del canal 1 y después la del canal 2 y así sucesivamente. Se utiliza para señales de media y alta frecuencia (generalmente cuando el mando TIMEBASE está situado en una escala de 0.5 ms o inferior). •En el modo chopeado el osciloscopio traza una pequeña parte del canal 1, después otra pequeña parte del canal 2, hasta completar un trazado completo y empezar de nuevo. Se utiliza para señales de baja frecuencia (con el mando TIMEBASE en posición de 1 ms o superior).

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XI)  Sistema vertical

Modo simple / dual / suma:

Permite seleccionar entre tres modos de funcionamiento: simple, dual y suma. •En el modo simple actuamos tan sólo sobre el conmutador etiquetado como CH I/II. Si no está pulsado, visualizaremos la señal que entra por el canal 1 y si lo está, la señal del canal 2. •El modo dual se selecciona con el conmutador etiquetado DUAL. Si no está pulsado, visualizaremos un sólo canal (cual, dependerá del estado del conmutador CH I/II) y si lo está visualizaremos simultáneamente ambos canales. •El modo suma se selecciona pulsando el conmutador etiquetado I+II o ADD (si también lo está el etiquetado como DUAL) y nos permite visualizar la suma de ambas señales en pantalla.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XII)  Sistema horizontal

Base de tiempos:

SELECTOR DE ESCALA DE TIEMPOS (TIMEBASE): aumenta o disminuye el periodo (ancho) de la señal de entrada que equivale modificar la escala de tiempos. Está graduado en Tiempo/División (seg/Div., ms/Div. y μs/Div.).

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XIII)  Sistema horizontal

Amplificación: Permite amplificar la señal en horizontal por un factor constante (normalmente x5 ó x10). Se utiliza para visualizar señales de muy alta frecuencia (cuando el conmutador TIMEBASE no permite hacerlo). Hay que tenerlo en cuenta a la hora de realizar medidas cuantitativas (habrá que dividir la medida realizada en pantalla por el factor indicado).

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XIV)  Sistema horizontal

Permite desconectar el sistema de barrido interno del osciloscopio, haciendo estas funciones uno de los canales verticales (generalmente el canal 2). Además, permite visualizar curvas de respuesta o las famosas figuras de Lissajous, útiles tanto para la medida de fase como de frecuencia.

Modo X-Y:

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XV)  Sistema de disparo (trigger)

Permite sincronizar la señal con la base de tiempos de forma que podamos congelar la señal en la pantalla para efectuar medidas.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XVI)  Sistema de disparo

Sentido: Nivel de disparo

Permite invertir el sentido del disparo. •Si está sin pulsar, la señal se dispara subiendo (flanco positivo +). •Si lo pulsamos, se disparará bajando (flanco negativo -). Es conveniente disparar la señal en el flanco de transición más rápida. Flanco positivo Flanco negativo

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XVII)  Sistema de disparo

Nivel:

Permite cambiar el modo de disparo. •En el modo de disparo normal (cuando está sin pulsar), permite ajustar el nivel de señal a partir del cual, el sistema de barrido empieza a actuar. La señal permanece estática cuando el nivel de disparo se sale del rango de la señal. •En el modo de disparo automático (cuando está pulsado), este ajuste no es operativo. La señal se mueve cuando el nivel de disparo se sale del rango de la señal.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XVIII)  Sistema de disparo

Acoplamiento:

Permite conseguir el disparo estable de la señal. La gama de frecuencias que abarca son: •AC: modo de acoplo en AC, quiere decir que la señal continua es bloqueada o suprimida. •DC: modo de acoplo en DC, quiere decir que la señal es la real. •HF: modo de acoplo en alta frecuencia. En este modo se filtra la señal y se eliminan las componentes de baja frecuencia. Por lo que el disparo se produce para frecuencias > 1 MHz. •LF: modo de acoplo en baja frecuencia. Se produce el disparo para frecuencias < 1 KHz. •Line (~): modo de disparo de red. Se utiliza la señal de red de 50 Hz para producir el disparo. Los modos habituales de acoplar la señal de disparo son AC y DC.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XIX)  Sistema de disparo

Exterior:

Permite elegir si los disparos se producen a partir de una señal externa. •Si está sin pulsar, el osciloscopio es quien internamente dispara la señal de entrada. Ésto permite sincronizar casi todas las señales periódicas siempre que la altura de la imagen supere un cierto valor (generalmente muy pequeño, del orden de media división). •Si lo pulsamos, los disparos se producen a partir de una señal conectada a la entrada de disparo, TRIG. EXT. Para algunas señales complicadas, es necesario dispararlas con otra señal procedente del mismo circuito de prueba.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XX)  Otros

Hold Off (mantener desconectado):

Power (interruptor de encendido):

Permite introducir un retraso con respecto al punto de disparo para obtener una señal estable y así pueda ser vista.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XXI)  Otros

TV-separación:

Permite que la pantalla se sincronice con el sistema de televisión de manera que las señales procedentes de diferentes puntos (H y V) se puedan comparar.

Comprobador de componentes:

Salidas CAL:

La toma de salida proporciona un voltaje cambiante que permite a las curvas características de los componentes mostrarse en la pantalla.

•La parte superior del terminal da una onda cuadrada de 0,2 V pico a pico. •La parte inferior del terminal da una onda cuadrada de 2 V pico a pico. Ambas funcionan a 50 Hz.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XXII)  Sondas pasivas

Una sonda no es un cable con una pinza, sino un conector específicamente diseñado para evitar ruidos que puedan perturbar la medida. Además, las sondas se construyen para que tengan un efecto mínimo sobre el circuito de medida. Este tipo de sonda se proporciona generalmente con el osciloscopio y es una excelente sonda de utilización general. Para otros tipos de medidas, se utilizan sondas especiales, como pueden ser las sondas de corriente o las activas.

I. Osciloscopio 5.- Controles del osciloscopio (XXIII)  Sondas pasivas

I. Osciloscopio 6.- Hameg HM205-3

I. Osciloscopio 7.- Puesta en marcha del osciloscopio (I) 1) Antes de encender el osciloscopio, compruebe que todos los controles están en sus posiciones "normales". • Todos los interruptores de botón están en la posición OUT. • Todos los interruptores deslizantes están en la posición UP. • Todos los controles giratorios están CENTRADOS. • Los controles centrales TIME/DIV. y VOLTS/DIV. y HOLD OFF están calibrados o en la posición CAL.

I. Osciloscopio 7.- Puesta en marcha del osciloscopio (II) 2) Ajustar el osciloscopio para visualizar el canal 1 (al mismo tiempo se colocará como canal de disparo el 1). 3) Establecer los controles VOLTS/DIV. a 1 V/DIV. y el control TIME/DIV. a 0,2 s/DIV. para que su ajuste sea más lento:

I. Osciloscopio 7.- Puesta en marcha del osciloscopio (III) 4) Después de conectar el osciloscopio a la toma de red y de alimentarlo, pulsamos el interruptor de encendido. 5) Desactivar cualquier tipo de multiplicadores verticales. 6) Colocar el interruptor de entrada para el canal 1 en acoplamiento DC. 7) Colocar el modo de disparo en automático. 8) Desactivar el disparo retardado al mínimo o desactivarlo. 9) Situar el control de intensidad al mínimo que permita apreciar el trazo en la pantalla, y el trazo de focus ajustado para una visualización lo más nítida posible (generalmente los mandos quedarán con la señalización cercana a la posición vertical). 10)Conectar una señal de prueba.

I. Osciloscopio 7.- Puesta en marcha del osciloscopio (IV)

I. Osciloscopio 8.- Decálogo básico para el uso del osciloscopio 1) Tener en mente la forma de onda que pretendemos visualizar (amplitud y frecuencia). 2) Adecuar la escala horizontal y la escala vertical para poder visualizar tres o cuatro periodos de dicha forma de onda. 3) Seleccionar el canal correspondiente a la sonda que estamos usando. 4) Comprobar que el tipo de sonda es el adecuado (1:1, 1:10, etc.). 5) En general, comprobar que la masa de la sonda está pinchada en la masa del circuito. 6) Comprobar que el canal en uso está en modo DC. 7) Fijar el punto de cero voltios en el lugar deseado. 8) Comprobar que el TRIGGER está intentando sincronizar el canal que estamos usando. 9) Fijar el nivel de disparo en cualquier punto dentro de la forma de onda.

I. Osciloscopio 9.- Medida de señales continuas y alternas

I. Osciloscopio 10.- Medida de tensiones continuas (C.C.) (I) Antes de proceder a efectuar mediciones de C.C. con el osciloscopio, es conveniente realizar un calibrado del mismo. Para ello, sitúe el selector de entrada del canal en la posición GD. A continuación, actúe sobre el mando de posicionamiento vertical hasta situar la traza sobre la línea central de la pantalla. Una vez hecho ésto, sitúe el selector de entrada en la posición DC, y proceda a la conexión de la sonda (no olvide situar el atenuador en su máxima posición). Una vez hecha la conexión, observará que el trazo se desplaza en un sentido u otro (según se a la polaridad de la señal). Actúe sobre el atenuador vertical del canal hasta conseguir un desplazamiento del trazo lo suficientemente importante, sin que éste, desaparezca de la pantalla. Por último, se contarán las divisiones que el trazo se ha desplazado de la línea central, y este valor se multiplicará por la indicación del control de atenuación vertical del canal.

I. Osciloscopio 10.- Medida de tensiones continuas (C.C.) (II) Ejemplo: Si el trazo se ha desplazado 2,5 divisiones hacia arriba y el atenuador vertical señala 20 mV/DIV., la tensión de la señal sería:

I. Osciloscopio 10.- Medida de tensiones continuas (C.C.) (III)

I. Osciloscopio 11.- Medida de tensiones alternas (C.A.) (I) Antes de proceder a la medida de señales alternas, conviene conocer algo más acerca de las magnitudes de una señal alterna. Para ello elegimos, por ser la más utilizada, una señal alterna senoidal.

I. Osciloscopio 11.- Medida de tensiones alternas (C.A.) (II) Para medir tensiones alternas, se procede de forma similar a la medida de tensiones continuas, excepto en los siguientes puntos: 1) El selector de entrada debe colocarse en la posición AC. 2) El conmutador de la base de tiempos ha de colocarse en la posición que permita ver uno o más ciclos completos de la señal. 3) En este caso, hay que contar el número de divisiones que ocupa verticalmente la señal, es decir, entre pico y pico, y posteriormente multiplicar dicha cantidad por el valor indicado en el atenuador vertical del canal. El valor obtenido corresponde al valor pico a pico (Vpp). Si desea obtener el valor eficaz o de pico (Vef) deberá utilizar las expresiones anteriormente indicadas.

I. Osciloscopio 11.- Medida de tensiones alternas (C.A.) (III) Ejemplo: Si el atenuador vertical señala 20 mV/DIV., la tensión pico a pico, la tensión pico y la tensión eficaz de la señal serían:

I. Osciloscopio 11.- Medida de tensiones alternas (C.A.) (IV)

I. Osciloscopio 11.- Medida de tensiones alternas (C.A.) (V)

I. Osciloscopio 11.- Medida de tensiones alternas (C.A.) (VI) Para medir la frecuencia de una señal alterna, procederemos de la siguiente forma: 1) El selector de entrada se situará en la posición AC. 2) Deberán actuarse sobre los controles de sincronismo y base de tiempos hasta conseguir la imagen estable de un ciclo completo de la señal. 3) Una vez hecho ésto, se contarán las divisiones horizontales que ocupa un ciclo completo de la señal. 4) El valor así obtenido, se multiplicará por el valor indicado en el control de la base de tiempo, de esta forma obtendremos el periodo de la señal. Basta ahora calcular la inversa del periodo para obtener el valor de la frecuencia.

I. Osciloscopio 11.- Medida de tensiones alternas (C.A.) (VII) Ejemplo: Si el trazo se ha desplazado 3,2 divisiones hacia el lado y el atenuador horizontal señala 2 μs/DIV., el periodo de la señal sería:

I. Osciloscopio 11.- Medida de tensiones alternas (C.A.) (VIII)

II. Generador de Funciones 1.- Tipos de generadores de funciones

Generador de funciones Digital

Generador de funciones Analógico

II. Generador de Funciones 2.- Señales producidas por el generador de funciones (I)

 Parámetros:  Forma de onda Señal senoidal

Señal cuadrada

 Amplitud

 Frecuencia  Nivel de offset  Ciclo de trabajo

Señal triangular

Señal de diente de sierra

II. Generador de Funciones 2.- Señales producidas por el generador de funciones (II)

Señal modulada en amplitud

Señal de Electrocardiograma

Ruido blanco

II. Generador de Funciones 3.- Controles del generador de funciones

Panel frontal del generador de funciones analógico

II. Generador de Funciones 3.1.- Selector de forma de onda

Señal rectangular

Señal senoidal Señal triangular

II. Generador de Funciones 3.2.- Selector de banda de frecuencia

 Rango de frecuencias de 10KHz a 100KHz

II. Generador de Funciones 3.3.- Selector de frecuencia

 ¿Qué diferencia hay entre el selector de banda de frecuencia y el selector de frecuencias?

II. Generador de Funciones 3.4.- Control de amplitud y offset

 ¿Cuál es la diferencia entre la amplitud y el offset de una señal alterna?

II. Generador de Funciones 3.5.- Terminal de señal de salida

Salida principal de 600Ω, para la mayoría de las aplicaciones

Salida TTL, para circuitos digitales TTL

II. Generador de Funciones 3.6.- Otros controles del generador

 Pantalla del generador (digital):

Amplitud seleccionada

Frecuencia escogida

II. Generador de Funciones 4.- Generador de funciones Promax 232

II. Generador de Funciones 4.- Generador de funciones Promax 232 Selección de la Valor de continua Voltios amplitud (OFFSET) Amplitud

Valor de continua (OFFSET)

0 Voltios

Salida

Selección de la frecuencia

Selección de la forma de onda

tiempo

III. Conexión entre el osciloscopio y el GF

IV. Fuente de Alimentación 1.- Tipos de fuentes de alimentación

Fuente de alimentación Analógica

Fuente de alimentación Digital

IV. Fuente de Alimentación 2.- Funcionamiento Las fuentes de tensión están activas PERMANENTEMENTE. Los selectores de visualización simplemente conectan el voltímetro a una fuente o a otra para poder ver su valor de tensión. Cada una de las fuentes tiene un cursor para poder ajustar la tensión al valor deseado. Una de las fuentes puede tomar valores comprendidos entre 0 V y 10 V. Y la otra fuente es una fuente simétrica y puede tomar valores entre 0 V y ±15 V.