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MANTENIMIENTO DE HARDWARE HARDWARE
Maria Alexandra Pedraza López 40056
Centro Gestión Comercial y Mercadeo Programa de Teleinformática 2008
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OSCILOSCOPIO
QUE ES OSCILOSCOPIO
El Osciloscopio es uno de los más importantes aparatos de medida que existen actualmente. Representan gráficamente las señales que le llegan, pudiendo así observa observarse rse en la pantal pantalla la mucha muchas s más caracter característ ística icas s de la señal señal que que las obtenidas con cualquier otro instrumento. Hay Hay much muchos os apar aparat atos os de medi medida das s capac apaces es de cuan cuanti tifi fica carr dife difere rent ntes es magn magnitu itude des. s. Por Por ejem ejempl plo, o, el voltí voltíme metro tro mide mide tens tensio ione nes, s, el ampe amperím rímet etro ro intensidades, el vatímetro potencia, etc. Pero, sin duda alguna, el aparato de medidas más importante que se conoce es el Osciloscopio. Con él, no sólo podemos averiguar el valor de una magnitud, sino que, entre otras muchas cosas, se puede saber la forma que tiene dicha magnitud, es decir, decir, podemos obtener la gráfica que la representa.
Por otra parte los osciloscopios digitales tienen un aspecto totalmente distinto a los convencionales pero, si entendemos el funcionamiento de los Analógicos, será muy sencillo aprender a manejar los digitales. Los más modernos son, en rea realida idad, un pequeño computador destin tinado a captar tar señales y a representarlas en la pantalla de la forma más adecuada.
Esto se hace normalmente en forma de menús que pueden aparecer en pantalla con opciones que el usuario puede elegir con una serie de pulsadores.
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FORMA DE TRABAJO DE EL OSCILOSCOPIO
La forma de trabajo de un osciloscopio consiste en dibujar una gráfica “Una gráfic gráfica a es una curva que tiene tiene dos ejes de refere referenci ncia, a, el denom denomina inado do de abscisas u horizontal y el eje de ordenadas o vertical. Para representar cada punto de la gráfica tememos que dar dos coordenadas, una va a corresponder a su posición respecto al eje horizontal y la otra va a ser su posición respecto al en el vertical. Esta gráficas se va a representar en la pantalla que tienen todos los osciloscopios”debido al movimiento de un haz de electrones sobre una pantalla de fósforo que la parte interna del tubo de rayos catódicos. Para representar dicha señal sobre el tubo se realiza una división en dos partes: señal vertical y señal horizontal. Dichas señales son tratadas por diferentes amplificadores y, y, después, son compuestas en el interior del osciloscopio.
PARA QUE SE UTILIZA UN OSCILOSCOPIO
Un osciloscopio puede ser utilizado para estudiar propiedades físicas que no genera generan n señal señales es eléctr eléctrica icas, s, por ejempl ejemplo o las propie propiedad dades es mecán mecánica icas. s. Para Para pode poderr repr repres esen enta tarr en pant pantal alla la del del osci oscilo losc scop opio io dich dichas as prop propie ieda dade des, s, en necesario utilizar transductores que convierta la señal que le llega, en este caso la mecánica, en impulsos eléctricos. Un osciloscopio es un aparato que basa su funcionamiento en la alta sensibilidad que tiene a la tensión, por lo que se pondr pondría ía entend entender er como como un voltím voltímetr etro o de alta alta imped impedanc ancia. ia. Es capaz capaz de analiz analizar ar con mucha mucha presió presión n cualqu cualquier ier fenóm fenómeno eno que podamo podamos s transf transform ormar ar mediante un transductor en tensión eléctrica. CARACTERISTICAS DE EL OSCILOSCOPIO
Con el osciloscopio se pueden hacer varias cosas, como: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. 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.
En todos los osciloscopios podemos distinguir tres partes: 7. La pantalla; 8. Un canal de entrada por las que se introduce la diferencia de potencial a
medir; 9. Una base tiempos.
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a) La pantalla es dónde vamos a ver las señales introducidas por el canal de entrada. Está fabricada con un material fluorescente que se excita a la llegada de los electrones procedentes de un tubo de rayos catódicos situado en el interior del osciloscopio. La intensidad de éste cañón y su enfoque sobre la pantalla se puede controlar con los mandos b) El canal de entrada para la señal de tensión (en nuestro osciloscopio hay dos) consta de un borne para la recepción de la señal ( 24y 37 cuando se introd introduce uce utiliz utilizand ando o una clavij clavija a coaxia coaxial, l, tambié también n conoci conocida da como como BNC); BNC); así así como un conmutador giratorio para cada canal, que permiten variar el factor de amplificación de la señal según el eje Y. Y. Esta amplificación posee un ajuste fino en 27 y 33, pero para realizar medidas éste deberá estar en su posición CAL (posición tope en sentido horario). Los conmutadores 26 y 34 nos señalan en su escala el número de voltios por división que tenemos. Esta será la base con la cual podremos conocer el valor de nuestra señal. Cada cuadrado de la pantalla del osciloscopio representa el valor elegido en la escala. El error de medida se corresponde con la menor indicación en la pantalla (o la mitad) del aparato. Hay que tener en cuenta que esta escala depende de la posición del mando 26 (también con el 34). c) La base tiempos es vital en el osciloscopio para el registro de las señales que varían con el tiempo. El valor de la tensión de la señal de entrada aparece según el eje vertical (eje Y) y la señal es representada en función del tiempo según el eje horizontal (eje X). La escala de tiempos puede modificarse girando el conmutador 12. Este mando mando posee también un ajuste fino en 13, deberá y estar girado a tope en sentido horario para que la escala de medida de tiempos que indica el mando sea correcto . Para Para ver corre orrect cta ament mente e en la panta antall lla a señal eñales es que que no perm ermanec anecen en estacionarias en la misma, el osciloscopio dispone de un control de disparo (trigger), que permite fijar en la pantalla todas las señales. Para que funcione correctamente es necesario tener el botón 15 en posición NORM y girar el botón 16 hasta que se establece la señal. Para ello el botón 14 no deberá estar presionado. El error de medida se corresponde con la menor indicación en la pantalla (o la mitad) del aparato. Hay que tener en cuenta que esta escala depende de la posición del mando 12.
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CLASES DE OSCILOSCOPIO
MODELO
ANCHO DE BANDA
VELOCIDA VELOCIDA N.º D DE D DE DE MUESTREO MUESTREO CANA EN TODOS EN UN LE LOS CANAL CANALES
MÁXIMA LONGITU D DE REGISTRO PANT (1 canal /todos los canales)
TDS794D
2 GHz
4
4 GS/s
1 GS/s
8 M/2 M
Color
TDS784D
1 GHz
4
4 GS/s
1 GS/s
8 M/2 M
Color
TDS754D
500 MHz
4
2 GS/s
1 GS/s
8 M/2 M
Color
TDS724D
500 MHz
2+2
2 GS/s
1 GS/s
4 M/2 M
Color
TDS580D
1 GHz
4
4 GS/s
1 GS/s
8 M/2 M
Monocrom
TDS540D
500 MHz
4
2 GS/s
1 GS/s
8 M/2 M
Monocrom
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OSCILOSCOPIO ANALOGO El osciloscopio analógico permite medir señales desde 1 Hz. hasta 100 KHz y tensiones desde 71 mV hasta 7 Voltios. Este programa permite medir señales generadas por el generador como canal 1 y una señal que reciba a través del puerto serie como canal 2 (el mismo se encuentra en etapa de prueba). A su vez, tiene algunas características como doble base de tiempo, amplitud y frecuencia de barrido variables, nivel de disparo ajustable (trigger), visualización de un canal u otro, modos suma, resta, "choppeado" y alternado, etc. Como ya antes mencionado el osciloscopio es un instrumento complejo capaz de medir o desplegar una amplia variedad de señales. Los subsistemas que constituyen por lo general un osciloscopio son: 1. Subsistema de despliegue (tubo de rayos ra yos catódicos). 2. Subsistema de deflexión vertical. 3. Subsistema de deflexión horizontal. 4. Fuente de poder. 5. Sonda (puntas de prueba). 6. Circuitos de calibración.
Dent Dentro ro del del tubo tubo,, se crea crea un haz haz de elec electr tron ones es media ediant nte e un cañó cañón n de electrones. El haz de electrones se enfoca y, se dirige para que choque con la pantalla fluorescente, creando un punto de luz en el lugar del impacto con la pantalla. El haz se deflexiona en forma vertical en proporción a la amplitud del voltaje aplicado a las placas de deflexión vertical del tubo. La señal amplificada de entrada también está monitoreada por el subsistema de deflexión horizontal. El subsistema tiene la tarea de barrer horizontalmente el haz de electrones a través de la pantalla a una velocidad uniforme.
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Figura 1-10. Diagrama a bloques de los subsistemas del osciloscopio Subsistema de despliegue (tubo de rayos catódicos) El tubo en sí es un recipiente sellado de vidrio con un cañón de electrones y un sistema de deflexión montado dentro del tubo en un extremo y una pantalla fluorescente en el otro. Se evacúa el aire del tubo, que queda al alto vacío. Se necesita este alto vacío. La función del cañón es producir el haz de electrones. Algunos de esos electrones pasan a través de un pequeño agujero en la rejilla de control de intensidad que rodea al cátodo. La intensidad del punto de luz que se produce donde el haz de electrones choca con la pantalla fluorescente depende del número de electrones en dicho haz. Después de dejar el cañón de electrones, el haz enfocado y acelerado pasa entre dos placas deflectoras. Si no hay diferencia de voltaje entre las placas, el haz continúa directamente y llega a la pantalla fluorescente en su centro. Si hay una diferencia de potencial entre uno o ambos conjuntos de placas, el haz se desviará de su trayectoria recta. Se colocan los dos conjuntos de placas deflectoras perpendiculares entre sí de modo que puedan controlar en forma independiente el haz tanto en la dirección horizontal como en la vertical.
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La pantalla fluorescente del tubo de rayos catódicos está cubierta de fósforo, en el punto donde el haz de electrones llega a la pantalla, este material emite un punto de luz visible. El tiempo que tarda la intensidad del punto para disminuir al 10 por ciento su brillantez original se llama la persistencia del fósforo. Cuando un haz de electrones llega a la pantalla se genera tanto calor como luz. El efecto, 90 por ciento de la energía del haz se convierte en calor y sólo 10 por ciento en luz visible. La retícula es el conjunto de líneas horizontales y verticales inscritas en forma permanente en la cara del tubo de rayos catódicos. Esas líneas permiten que se mida visualmente la onda mostrada contra un conjunto de escalas verticales y horizontales.
Figura 1-11. Tubo Tubo de rayos catódicos del osciloscopio
Figura 1-12. Deflexión del haz de electrones en el tubo de rayos catódicos; a) ambas placas deflectoras a voltaje cero; b) voltaje positivo en la placa
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deflectora derecha; c) voltaje positivo en la placa deflectora superior; d)-g) voltajes positivos iguales en placas deflectoras adyacentes.
Subsistema de deflexión vertical. Se deben aplicar aproximadamente 10 a 20 V a las placas deflectoras del tubo de rayos catódicos para desviar al haz de electrones 1 cm. El osciloscopio debe tener un subsistema que tenga la capacidad de amplificar o de atenuar las señales de entrada para que se produzca una figura correcta cuando se apliquen las señales de interés a las placas deflectoras del tubo de rayos catódicos. El sistema de deflexión vertical esta compuesto de los siguientes elementos: 1. Selector de acoplamiento de entrada 2. Atenuador de entrada 3. Preamplificador 4. Amplificador vertical principal 5. Línea de retardo.
El subsistema de deflexión vertical comienza con un repaso de la operación combinada del atenuador, atenuador, el preamplificador y el amplificador vertical principal. Todos ellos constituyen la parte amplificadora del subsistema. La función del atenuador es reducir la amplitud de las señales de entrada en un factor seleccionado F antes de que se apliquen esas señales a la sección de preamplificador y amplificador. amplificador.
Figura 1-13. Subsistema de deflexión vertical.
Subsistema de deflexión de horizontal
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Consiste del amplificador de deflexión horizontal y los circuitos de base de tiempo. Se emplea el amplificador de horizontal de dos maneras. La primera es en la amplificación directa de señales externas de entrada (que se alimenta a continuación a las placas de deflexión horizontal del tubo de rayos catódicos). Como lo que muestra el osciloscopio al operar en este modo consiste en la variación de alguna señal (mostrada en la dirección Y o vertical) contra de otra (que se muestra a lo largo del eje X u horizontal), se dice que el osciloscopio está trabajando en el modo X-Y de despliegue. El segundo uso del amplificador horizontal se util iza para amplificar las ondas de barrido generadas por los circuitos de base de tiempo.
Figura 1-14. Modo X-Y de operación
Puntas de prueba del osciloscopio Efectúan la importante tarea de detectar las señales en su fuente y transferirlas hasta las entradas del osciloscopio. La cabeza de la punta contiene los circuitos sensores de la señal. Casi siempre se emplea un cable coaxial para transmitir la señal desde la cabeza de la punta hasta los circuitos de terminación (o directamente a las terminales de entrada del osciloscopio, si no hay circuito de terminación). Si se emplea un circuito de terminación, su función es terminar el cable coaxial en la impedancia característica del cable y presenta así la impedancia del cable a las entradas del osciloscopio.
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Figura 1-15. Diagrama general de bloques de una sonda (puntas de prueba) de un osciloscopio
Circuitos de calibración Para asegurar que el amplificador vertical de un osciloscopio esté amplificando con exactitud las magnitudes de las señales medidas, se deben efectuar pruebas de calibración periódicamente. Esto es, se debe alimentar una señal que tenga una amplitud conocida con exactitud a las terminales de entrada del osciloscopio y observar la señal en la pantalla. Si la pantalla da un valor medido distinto del valor conocido de referencia, indica que el amplificador vertical no se encuentra calibrado en forma correcta. Se deben hacer entonces los ajustes correctos del instrumento para restaurar la exactitud adecuada en la pantalla. De igual manera, se deben efectuar periódicamente pruebas de calibración para asegurar la exactitud de la base de tiempo.
Control del Documento Nombre Autores
Revisión
Maria Pedraza López
Ing. José Méndez
Cargo
Dependencia
Alumno
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Centro de Gestión de Mercados, Logística y Instructor Tecnologías de la Información
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