Práctica 2 Uso del Osciloscopio y Generador de señales

Circuitos Eléctricos Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería campus Zacatecas Curso 2011

Práctica 2 Uso del Osciloscopio y Generador de señales. Preguntas guía: ¿Qué es una forma de onda? ¿Parámetros principales de una f orma de onda? ¿Cómo se relaciona el periodo y frecuencia en una forma de onda? ¿Qué es un osciloscopio?, ¿Qué tipos de osciloscopios existen? ¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?. ¿Que es un generador de señal? ¿Para qué sirve un generador de señal?

Objetivo: Aprender el manejo del osciloscopio digital para la medición de formas de onda eléctricas variables en el tiempo, y el uso del generador para l a aplicación de señales de prueba.

Materiales: 1 Multímetro. 1 Osciloscopio. 1 Generador de señales. 1 Fuente regulada.

Teoría. Existe un término general para describir un patrón que se repite en el tiempo: onda. Existen ondas de sonido, ondas oceánicas, ondas cerebrales y por supuesto, ondas eléctricas. eléctricas. Un ciclo o periodo es la mínima parte de la onda que se repite en el tiempo. Una forma de onda es la representación gráfica de la misma. Una forma de onda siempre se presentará con el tiempo en el eje horizontal (X) y la amplitud en el eje v ertical (Y). Tipos fundamentales de ondas: Ondas senoidales. Ondas cuadradas y rectangulares. Ondas triangulares y en diente de sierra. Pulsos y flancos ó escalones. Las ondas fundamentales poseen unas propiedades matemáticas muy interesantes para análisis de fenómenos en ingeniería (por ejemplo: la mayoría de las fuentes de energía disponibles son de alterna)). AC (corriente alterna)). La forma de onda nos proporciona una valiosa información sobre la señal. 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 línea horizontal podremos concluir que en ese intervalo de ti empo la señal es constante). Con la pendiente de las líneas 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 también cambios repentinos de la señal (ángulos muy agudos) generalmente debidos a procesos transitorios. y y y y

Generador de Funciones. Un generador de funciones es un instrumento versátil que genera diferentes formas de ondas eléctricas cuyas frecuencias son ajustables en un amplio rango para hacer pruebas en circuitos en ingeniería. Las salidas más frecuentes son ondas senoidales, triangulares, cuadradas y diente de sierra. Las 1


frecuencias de estas ondas pueden ser ajustadas desde una fracción de Hertz hasta millones de Hertz. El osciloscopio es básicamente un dispositivo de v isualización gráfica en un plano X-Y que m uestra señales eléctricas variables en el tiempo. El eje vertical representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, representa el tiempo. El osciloscopio, como instrumento más popular, se emplea en todos los procesos que abarca la electrónica, desde el diseño y fabricación hasta el servicio de reparaciones, desde las tareas de verificación a las de investigación. De igual modo es empleado en otras áreas de la técnica aunque no sean puramente electrónicas. Efectivamente, mediante el empleo de sondas o sensores adecuados se pueden representar ciertas medidas por ejemplo: en mecánica de presiones, golpes y vibraciones; y en química realizar el estudio de reacciones rápidas. El osciloscopio es de los instrumentos más versátiles que existen y lo utilizan desde los técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, acidez de una reacción química etc. ¿Qué tipos de osciloscopios existen? Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un convertidor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla. ¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?. Obtener la gráfica de la función de un f enómeno físico que dependa del tiempo. Determinar directamente el periodo y el voltaje de una forma de onda. Determinar indirectamente la frecuencia de una f orma de onda. Determinar que parte de la señal es DC y cual AC. Localizar averías en un circuito. Medir la fase entre dos señales. Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo. y y y y y y y

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Desarrollo: Para generar una forma de onda de prueba siga los siguientes pasos: 1-Encienda el equipo y proceda a seleccionar la forma de onda deseada pulse repetidamente el boton WAVEform. 2-Se tienen varias formas de modificar la frecuencia de la señal generada, una posibilidad es con el boton de EditingKnob, girandolo a la derecha e izquierda se sube o baja el valor del digito seleccionado en el display por las teclas Cursorkeys. La otra forma es ingresar directamente la frecuencia con el teclado numérico EntryKeys y las teclas de escala Khz, Mhz etc. 3- Una vez ajustado, el valor deseado de frecuencia se ajusta el valor de amplitud con el boton Amplitude y por ultimo se conectan las puntas en la terminal BNC waveformoutput hacia el circuito que se desea ingresar la señal de prueba. Nota aún no realice la conexión hasta terminar el siguiente proceso. El primer paso al usar un osciloscopio es la calibración que lleva al instrumento a las condiciones adecuadas para dar lecturas lo más exacto posible y se realiza siguiendo el siguiente procedimiento: 1-Encienda el osciloscopio. Pulse el botón CONFIG. PREDETER. El valor de atenuación predeterminado para la opción Sonda es 10X. 2. Establezca el conmutador de la sonda P2220 en 10X y conecte la sonda al canal 1 del osciloscopio. Para ello, conecte a la ranura del conector de la sonda con la llave BNC de CH 1, presione hasta conectar y gire a la derecha para fijar la sonda en su sitio. Conecte la punta de la sonda y el cable de referencia a los terminales de COMP. SOND. 3. Pulse el botón AUTOCONFIGURAR. En unos segundos, debería ver en la pantalla una onda cuadrada de aproximadamente 5 V pico a pico a 1kHz. 1, pulse el botón CH2 MENU para mostrar el canal 2 y, a continuación, repita los pasos 2 y 3. Para la toma de medidas sencillas de una f orma de onda donde no se conoce la amplitud o la frecuencia de la señal y desea mostrar rápidamente la señal y medir la frecuencia, el período y la amplitud pico a pico. Realice los pasos siguientes: Uso de la autoconfiguración 1. Conecte la punta de la sonda del canal 1 a la señal. Conecte el cable de referencia al punto de referencia del circuito. En nuestro caso sería la terminal positiva y negativa del generador de señales 5. Pulse el botón AUTOCONFIGURAR. El osciloscopio establece automáticamente los controles verticales, horizontales y de disparo. Si 3


desea mejorar la presentación de la forma de onda, puede ajustar manualmente dichos controles. NOTA. El osciloscopio presenta las medidas automáticas relevantes en el área de forma de onda de la pantalla dependiendo del tipo de señal detectada. El osciloscopio muestra gráficos comparativos de voltaje y tiempo que pueden ayudar a medir la forma de onda presentada. Existen varias maneras de tomar medidas. Puede utilizar la retícula o una medida automatizada. Retícula Este método permite hacer un rápido cálculo visual. Puede tomar medidas sencillas contando las divisiones mayores y menores incluidas en la retícula y multiplicando el resultado por el factor de escala. Por ejemplo, si ha contado 4 divisiones verticales mayores entre los valores mínimo y máximo de una forma de onda, y sabe que el f actor de escala es 100 mV/división, puede calcular el voltaje pico a pico de la manera siguiente: 4 divisiones x 100 mV/división = 400 mV. Toma de medidas automáticas El osciloscopio puede tomar las medidas automáticas de la mayor parte de señales presentadas. NOTA. Si aparece un signo de interrogación de cierre (?) en la lectura Valor, la señal está fuera del rango de medición Gire el m ando VOLTS/DIV del canal correspondiente para reducir la sensibilidad o cambiar el parámetro de SEC/DIV. Ejemplos de aplicación Para medir la frecuencia, el período y la amplitud pico a pico, el tiempo de subida y el ancho de pulso positivo de una forma de onda, siga estos pasos: 1. Pulse el botón MEDIDAS para ver el menú Medidas. 2. Pulse el botón de opción superior; aparece el menú Medidas 1. 3. Pulse Tipo  Frecuencia. La lectura Valor presenta la medida y la actualiza. 4. Pulse el botón de opción Atrás. 5. Pulse el segundo botón de opción contando desde arriba; aparece el menú Medidas 2. 6. Pulse Tipo  Período. La lectura Valor presenta la medida y la actualiza. 7. Pulse el botón de opción Atrás. 8. Pulse el botón de opción central; aparece el menú Medidas 3. 9. Pulse Tipo  Vpico-pico. La lectura Valor presenta la medida y la actualiza. 10. Pulse el botón de opción Atrás. 11. Pulse el segundo botón de opción contando desde abajo; aparece el menú Medidas 4. 12. Pulse Tipo  T. Subida. La lectura Valor presenta la medida y la actualiza. 13. Pulse el botón de opción Atrás. 14. Pulse el botón de opción inferior; aparece el menú Medidas 5. 15. Pulse Tipo  Ancho Pos. La lectura Valor presenta la medida y la actualiza. 16. Pulse el botón de opción Atrás.

El objetivo fundamental de esta práctica es aprender a medir tensiones y frecuencias con el osciloscopio así como acostumbrarse al manejo del generador de señales. Con tal fin se generarán 4


las siguientes señales senoidales con el generador de frecuencias: Señal 1: Vp-p = 1 V, f= 10 kHz, T=1/f=0.1 ms. Señal 2. Vp-p= 1,5 V, f = 200 kHz, T = 1/f = 5 s. A continuación y con ayuda del osciloscopio comprobaremos que efectivamente se están generando las señales deseadas en el generador de señales. La v erificación con el osciloscopio se realizará con el mayor grado de precisión po sible y por tanto deberá estimarse el error cometido en cada una de las medidas teniendo en cuenta cuál es el máximo grado de resolución que ha tenido en su medida de acuerdo con la escala que ha empleado. Rellene así la siguiente cuadrícula.

Conclusiones Como se calcula el valor medio de una f orma de onda? Como se calcula el valor eficaz de una f orma de onda? Que mide el multimetro en cd y ca cuando se usa como voltímetro en una forma de onda?

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Práctica 2 Uso del Osciloscopio y Generador de señales

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