CENTRO COLOMBIANO DE ESTUDIOS PROFESIONALES CIRCUITOS ELÉCTRICOS EL OSCILOSCOPIOS El osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para representar representar gráficamente señales eléctricas que que varían en el tiempo. Instrumento muy típico en el campo de la electrónica análoga. Los osciloscopios tienen una enorme ventaja sobre los multímetros. En vez de que las señales sean presentadas en términos de números o indicadas, los osciloscopios muestran la gráfica del voltaje en función del tiempo en la pantalla de un tubo de rayos catódicos (TRC). No solo pueden observar voltajes de C.A. y CO, sino que los osciloscopios le permiten ver voltajes, u otras señales raras, tal como ocurren en tiempo real
CONTROLES A pesar de las muchas variaciones en cuanto a características y complejidad, la mayoría de los controles tienen las mismas funciones en todos los osciloscopios. Los control es se clasifican en cuatro categorías:
Control Horizontal ( be base de tiempo)
Control Vertical ( de sensibilidad de voltaje)
Controles de de Pantalla Controles de Acondicionamiento.
CONTROLES CONTROLES DE PANTALL A
Ajustan la presentación de las señales en la pantalla. Tienen que ver con funciones tales como la alineación del osciloscopio, la intensidad de la traza, la intensidad de la cuadrícula, la ampliación de la traza, el desplazamiento horizontal de la traza, el desplazamiento vertical de la traza y el buscador de traza. En términos generales, cualquier control que afecta la traza misma (no la forma en que se presenta la información de la traza) puede denominarse control de acondicionamiento. Los controles más más comunes son:
Inten (más Inten (más o menos brillo de la pantalla)
Focus (fino Focus (fino o grueso)
Rotation (Ajusta l aposición horizontal de la traza en la pantalla)
Cal 0.5 Vpp (salida Vpp (salida de señal para calibrar el osciloscopio)
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Cont rol es Vert ical es
Ajustan la lectura del voltaje. Los más comunes son:
Terminal de entrada (CH1 y CH2)
Selector de acoplamiento (AC – (AC – GND – GND – DC) DC)
Voltios por división Volts/Div. Volts/Div. Sensibilidad de la señal o Rango de voltaje a medir. Al reducir el valor de VOLTS/DIV (al aumentar la sensibilidad de voltaje), las señales se amplían en dirección vertical. Para valores de VOLTS/DIV mayores, la sensibilidad de voltaje disminuye y, por consiguiente, las señales de voltajes se reducen en dirección vertical. Cal (Calibración (Calibración de la sensibilidad) Position (Rotación Position (Rotación vertical de la señal) Mode (Selector de modo vertical). Selecciona la señal o señales que se van a ver en la pantalla. Tiene normalmente 5 seleccione CH1 (para ver solamente el canal 1), CH2 (para ver solamente el canal 2), ALT (para ver alternadamente los dos canales) y ADD (para ver la suma de los dos canales). GND (terminal de tierra)
Contr oles H ori zontales
Puesto que un osciloscopio presenta el voltaje en función del tiempo, al hacer ajustes en la sensibilidad de voltaje o en la base de tiempos se modifica la apariencia de la presentación visual. Los CONTROLES HORIZONTALES modifican la apariencia temporal de izquierda. A derecha (o barrido) de la señal de voltaje. La botones de
base de tiempo maestra del osciloscopio se ajusta con la perilla o los
TIEMPO/DIV. Este ajuste determina la FRECUENCIA a la que se barren las señales de voltaje en la pantalla.
Como regla general, los valores pequeños de TIEMPO/DIV permiten observar con más claridad eventos de cortil duración, y viceversa. Los controles principales son:
Time/Div. Establece el rango horizontal d la cuadricula de la pantalla
Cal (Calibración (Calibración de la sensibilidad)
Position (Rotación Position (Rotación horizontal de la señal)
Contr oles de Acondici onamiento
Estos controles permiten fijar la señal a la pantalla. Los controles más comunes son:
Source. Source. (Control de fuente) Selecciona la señal que se va a usar para activar el circuito “trigger” (engatillado).
AC
HF REJ
TV V
TV H Se acopla con señales de TV vertical u horizontal La señal pasa por un filtr o pasa bajas. Para señales menores a 10 KHz Se activa con la señal de alimentación AC del osciloscopio. Se utiliza para señales de 2Hz hasta 40Hz
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Coupling (Control Coupling (Control de acople) Selector de acoplamiento para la señal de “trigger”.
ALT
CH 1
CH2
LINE
EXT Señal externa Se sincroniza con la fuente del osciloscopio Se sincroniza con uno de los dos canales Se sincroniza alternadamente con los canales
Level (Control (Control de sincronismo) Ajusta la posición de sincronización.
PUNTAS DE PRUEBA PRUEBA DEL OSCIL OSCIL OSCOP OSCOPII O
Una punta de prueba de osciloscopio es, ni mucho menos, un cable con una pinza, sino que es 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. Esta facultad de la sondas recibe el nombre de efecto de carga, para minimizarla se utiliza un atenuador pasivo, generalmente de x10.
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PROCEDIMIENTO DE PREPARACIÓN DE UN OSCILOSCOPIO PARA EFECTUAR UNA MEDICIÓN Antes de empezar a efectuar mediciones, debe obtener una traza clara
y
estable (si todavía no es visible). Si la traza todavía
no es visible, primero asegúrese de que estén desactivados los modos de almacenamiento de la pantalla del TRC, y que la intensidad de la traza esté activa al menos al 50%. Ponga el disparo de traza en su modo automático y ajuste los controles de desplazamiento horizontal y vertical al centro de sus escalas. Seleccione una fuente de disparo interna, luego ajuste el nivel de disparo hasta que se observe una traza estable. Varíe el desplazamiento vertical si fuera necesario para centrar la traza en el TRC (Tubo de rayos catódicos) Si la traza aún no fuera visible, use el buscador de haz para poner de manifiesto la localización del haz. Un buscador de haz simplemente comprime las extensiones vertical y horizontal de la traza para forzarla a aparecer en la pantalla. Esto le dará una idea aproximada de la posición relativa de la traza. Cuando finalmente haya podido mover la traza a su posición, ajuste sus controles de enfoque e intensidad hasta obtener una traza nítida y brillante. Mantenga la intensidad a un nivel moderadamente bajo para mejorar la precisión de la presentación visual y preservar el recubrimiento fosforescente del TRC. Su osciloscopio debe calibrarse con respecto a su sonda antes de usarse. La calibración es una operación rápida y directa que sólo requiere una onda cuadrada de amplitud y frecuencia bajas. Muchos modelos tienen un generador de señal de calibración integrado (generalmente una onda cuadrada de 1 kHz y 300 mV con un ciclo de trabajo de 50%). Conecte su sonda al receptáculo de entrada deseado, luego aplíquele la señal de calibración. Ajuste sus controles horizontales (TIEMPO/DIV) y vertical (VOL TS/DIV) de modo que se vean claramente uno o dos ciclos completos en el TRC. Observe las características visuales de la señal de prueba, como se muestra en la figura 1. Si las esquinas de la onda cuadrada están redondeadas, podría no haber la suficiente capacitancia de sonda. Si las esquinas de la onda cuadrada presentan picos agudos, ésta es una indicación de demasiada capacitancia en la sonda. Muy poca capacitancia de sonda (Csonda)
Esquinas redondeadas
Capacitanci a de sonda correcta (Csonda)
Demasiada capacitancia de sonda (Csonda)
Esquinas con picos
Figura 1: Señales de calibración emitidas por la sonda de un osciloscopio
En ambos casos, el osciloscopio y la sonda no tienen la correspondencia correcta. Debe ajustar el control de capacitancia de la sonda (algunas veces marcado con Csonda) para establecer una buena correspondencia eléctrica, de lo contrario, la distorsión de la señal producirá interferencia en sus mediciones. Ajuste lentamente la capacitancia variable de su sonda hasta que las esquinas mostradas en la señal de calibración sean lo más cuadradas posible. Si no pudiera obtener una onda cuadrada pura, intente con una sonda diferente.
M edici edici ones de voltaj e El primer paso en cualquier medición de voltaje consiste en poner la traza normal (denominada línea de base) en donde lo desee. Normalmente, la línea de base se coloca a lo largo del centro de la cuadrícula durante el ajuste inicial, pero puede colocarse en cualquier otra parte a lo largo del TRC siempre y cuando la traza sea visible. Para establecer una línea de base, ponga su control de acoplamiento de entrada en la posición de tierra. La puesta a tierra de la entrada desconecta cualquier señal de entrada existente y garantiza que el valor leído sea cero. Ajuste el control de desplazamiento vertical para desplazar la línea de base a donde desee que quede el valor cero, generalmente en el centro
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de la pantalla. Si no tiene una preferencia particular, simplemente centre la traza en el TRC. Para medir cd, ponga el selector de acoplamiento de entrada en la posición de cd y luego ajuste el control de VOL TS/DIV hasta obtenerla sensibilidad deseada Si no está seguro de qué sensibilidad es la adecuada, comience con una sensibilidad muy baja (un valor de VOL TS/UIV grande) y luego incremente poco a poco la sensibilidad (reduzca gradualmente el valor de VOL TS/DIV) con la señal de entrada conectada. Este procedimiento evita que la traza simplemente se salga de la pan talla cuando se aplica en forma inicial una señal desconocida. Si su señal efectivamente sale de la porción visible de la pantalla, podría reducir la sensibilidad (incrementar de manera gradual el valor de
VOL TS/DIV) para que la traza vuelva a ser visible. Por ejemplo, suponga que estuviera midiendo la salida de una fuente de alimentación de + 5 Ved. Si VOL TS/DIV estuviera puesto en 5 VOL TS/DIV, cada división vertical principal de la pantalla del TRC representaría 5 Ved, por lo que su señal de + 5 Ved aparecería una división completa por encima de la línea de base 5 VOL TS/DlV x 1 DIV 5 Ved =
Como se muestra en la figura 2. En una posición de VOL TS/DIV de 2 VOL TS/DIV, la misma señal de + 5 Ved aparecería 2.5 divisiones por encima de su línea de base. 2 VOL TS/DIV x 2.5 DIV 5 Ved =
Si su señal de entrada fuera un voltaje negativo, la traza aparecería por debajo de la línea de base, pero se leería de la misma manera. Las señales de ca también se pueden observar dir ectamente en el osciloscopio. Cambie el control de acoplamiento de entrada a la posición de ca y luego ajuste la línea de base tal como en el caso de mediciones de cd. Si no está seguro de cuál sensibilidad vertical seleccionar, comience con una sensibilidad pequeña (un valor de VOL TS/DIV grande), luego incremente lentamente la sensibilidad (reduzca el valor de VOL TS/DIV) con la señal de entrada conectada. Tenga en cuenta que las mediciones de voltaje de ca en un osciloscopio no corresponden a los valores de voltaje leídos en un multímetro. Un osciloscopio presenta los valores máximos instantáneos para una forma de onda, mientras que los voltímetros de ac miden en términos de valores rms (raíz de la media cuadrática). Para convertir un valor leído de voltaje máximo en rms, divida el valor máximo entre 1.414. Otra limitación de los multimetros es que sólo pueden medir señales de ca sinusoidales. Las formas de onda cuadradas, triangulares o irregulares no son interpretadas correctamente por un multímetro. Cuando se mide una señal de ca, podría ser necesario ajustar el nivel de disparo del osciloscopio hasta obtener una traza estable (inmóvil). Como lo muestra la figura 3, V 5 0
Escala con división de 5 volts
Escala con división de 2 volts
Figura 2: Formas de leer voltajes de cd en un osciloscopio los voltajes de la señal se pueden medir directamente en la pantalla.
Por ejemplo, la forma de onda sinusoidal de la figura 3 varía de -10 a + 10 V.
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Si la sensibilidad del osciloscopio estuviera puesta en 5 VOL TS/DIV, los valores extremos de la señal ocurrirían dos divisiones por encima y dos divisiones por debajo de la línea de base. El osciloscopio realiza mediciones de valor máximo y el voltímetro de ca muestra la señal como valor máximo/1.414. [10/1.414] o 7.07 Vrms
V
V
10 Valor máximo 4
t
0
t
5
Escala con división de 2 Figura 3
M edici ones de tiempo y de f recuencia Un osciloscopio es una herramienta ideal para medir parámetros tan importantes como ancho de pulso, ciclo de trabajo y frecuencia. El control de sensibilidad horizontal (TIEMPO/DIV) entra en juego en las mediciones de tiempo y de frecuencia. Antes de hacer cualquier medición, primero debe obtener una línea de base clara como en el caso de mediciones de voltaje. Cuando haya obtenido una línea de base y conectado una señal, ajuste el control de TIEMPO/DIV para desplegar uno o dos ciclos completos de la señal. En la figura 4-19 se muestran mediciones de periodo típicas. Con VOL TS/DIV puesto en 5 ms/DIV, la forma de onda sinusoidal mostrada se repite cada 2 divisiones. Esto representa un periodo de [5 ms/DIV x 2DIV] 10 ms
Puesto que la frecuencia es simplemente el recíproco del tiempo, puede calcularse invirtiendo el valor del tiempo. Un periodo de 10 ms representaría una frecuencia de [1/10 ms] 100 Hz.
V 10 Valor máximo 0
t
5
10µS
Figura 4
Escala con división de 5 µS Figura 4: Forma de leer señales de voltaje de ca en un osciloscopio
Esto también se aplica a las ondas cuadradas y formas de onda no sinusoidales que se repiten regularmente. La onda cuadrada que se muestra en la figura 4 se repite cada 4 divisiones. Para un valor de TIEMPO/DIV de 1 ms/DIV, su periodo sería de 4 ms. Esto corresponde a una frecuencia de [1/4 ms] 250 Hz
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En vez de medir el periodo completo de un ciclo de pulsos, puede medir el tiempo entre cualquier par de puntos de interés. Para la onda cuadrada de la figura 4, el ancho del pulso se leería como 1 ms. También podría medir la parte baja del ciclo, que en este caso tiene una duración de 3 ms (la suma de ambos es igual al periodo completo de la señal de 4 ms). El ciclo de trabajo de una señal es simplemente la razón del tiempo que una señal está activa a su periodo total expresado como un porcentaje. Por ejemplo, ej emplo, una onda cuadrada que esté activa por 2 ms e inactiva por 2 ms tendría un ciclo de trabajo trabaj o de [2 ms(2 ms + 2 ms) x 100%] 50% Para un tiempo activo de 1 ms y un tiempo inactivo de 3 ms, su ciclo de trabajo sería [1 ms/(I ms + 3 ms) x 100%] 25% Etcétera.
PREPARACIÒ PREPARACIÒ N DE UN OSCIL OSCIL OSCOP OSCOPII O PARA PARA EFECTU AR MED I DAS
A continuación Se sugiere un procedimiento general para establecer la posición de los controles en el osciloscopio, con el fin de ubicar la señal en la pantalla de forma que se puedan realizar las diferentes medidas.
1. Sistema de TRIGGER (engatillado) El control SOURCE se debe colocar en la posición CH – 1, si la señal se introduce en el osciloscopio por el terminal CH – 1 1, si la señal se introduce en el osciloscopio por el terminal CH – 2 2 el botón debe colocarse en la posición CH – 2 2. El control COUPLING normalmente debe estar colocado en la posición AC, excepto en el caso específico de las señales de video, en este caso se debe colocar en la posición TV – V para observar un “frame” o un “field” y en la posición para observar una TV – H H línea. Recuerde que para la señal de video con polaridad normal el botón de SLOPE debe estar presionado. Finalmente verifique que el control marcado LEVEL se encuentra en posición de funcionamiento automático. Colocar el modo de disparo en automático.
2. Sistema VERTICAL El control VERT MODE debe estar colocado en la posición CH – 1 1, si la señal se introduce al osciloscopio por el canal CH – 1 1, si la señal se introduce al osciloscopio por el terminal CH – 2 2 el botón debe colocarse en la posición CH – 2 2. El control AC – AGD AGD – DC DC se debe colocar en la posición GND y con el botón POSITION ajustar el trazo para ubicarlo AGD – DC se debe colocar en la posición DC si la en el centro de la pantalla, hecho esto el botón del control AC – AGD señal a medir es de DC o en AC si la señal a medir es de AC. El botón de VOLTS/DIV debe ajustar en un valor intermedio intermedia la escala voltios/división del canal I (por ejemplo 1 v/div), cuando se visualice la señal se puede mover dependiendo de la medida de voltaje, de tal forma que se logre una buena visualización del a señal.
3. Sistema de VISUALIZACIÓN El control INTEN debe ser ajustado para que la señal no aparezca demasiado brillante en la pantalla y el control de FOCUS se debe ajustar para obtener el trazo más fino posible. Colocar en posición calibrada todos los calibradores de voltios/división y tiempo /división. Desactivar cualquier tipo de multiplicadores verticales y horizontales
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