Repblica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educacin Superior

Universidad Nacional Experimental Politcnica

Antonio Jos de Sucre

Ncleo Barquisimeto

Autores:

Edder Castro V-21141932

Alirio Velasco V-22335817

Seccin: 01

Prof.: Rossiry Rodrguez

Barquisimeto, 22 de abril del 2013

Pre-Informe

Prctica #1:

El osciloscopio

Introduccin

La mayora de los aparatos de mediciones elctricas se caracterizan por cuantificar

diferentes magnitudes, tales como el voltmetro mide el voltaje, el ampermetro la corriente,

entre otros; el osciloscopio presenta la peculiaridad de que permite graficar las seales de

tensin provenientes de un circuito; de esta manera da una herramienta para la observacin

de la onda y efectuar las mediciones de tensiones variables en el tiempo. Aunque puede

medir voltaje en corriente continua, se destaca por la medicin de tensin en corriente

alterna, puesto que esta tiene seales con frecuencias distintas y parmetros que cambian de

un instante a otro.

La muestra de la seal en la pantalla es consecuencia del viaje de electrones dentro

de un tubo de rayos catdicos, aqu estos son acelerados y cuya trayectoria es manipulada

por campos elctricos, al final del recorrido chocan con la pantalla recubierta de fosforo

que cuando hace contacto con los electrones se produce un fenmeno de luminiscencia,

permitiendo as ver la seal a travs de la pantalla. Se pueden estabilizar las seales que

varan en el tiempo de manera que se vea una sola seal esttica que represente los ciclos

que hace la seal peridica, esto lo hace un circuito disparador.

El osciloscopio adems cuenta con una variedad de controles que permiten controlar

la intensidad, la posicin de la seal, enfocar la misma, el tiempo con el cual los electrones

se mueven a travs de cada divisin de la pantalla, y permite desviar el haz de electrones

(ampliando la seal en pasos discretos) aplicando tensin, lo que nos permite modificar as

la seal observada sin alterar los parmetros reales y seguir obteniendo una medida

acertada en todo momento.

El osciloscopio

El osciloscopio es una de las herramientas ms verstil y ms fidedignas a la hora de

realizar mediciones elctrica. Es uno de los instrumentes ms utilizados en los laboratorios

como en el campo laborar.

1.- Controles de operacin del osciloscopio.

a) Selector de entrada CA-GND-CD: este selector permite ajustar el osciloscopio al

tipo de seal que ser medida.

- CA: para corriente alterna, o seales que varan en el tiempo.

- GND: coloca el osciloscopio a tierra.

- CD: para corriente continua, o seales que no varan en el tiempo.

b) Selector de Salida: Funciona como selector de canal, sirve para elegir que seal se

desea ver en la pantalla, posee varias selecciones pero las ms comunes en los

osciloscopios analgicos son:

- Canal uno: Muestra en pantalla la seal recibida por el canal de entrada uno

CH1-

- Canal dos: Muestra en pantalla la seal recibida por el canal de entrada dos

CH2-

- Doble trazo (Dual): Muestra en pantalla al mismo tiempo las seales

procedentes del canal uno y dos.

- ADD: muestra en pantalla la suma de las seales del canal uno y dos

- B INV: Invierte la polaridad de la seal del canal dos.

- Entrada diferencial: Muestra la diferencia entre la seales de los canales uno y

dos (1-2)

El selector de entrada ayuda al usuario a tener varias seales conectadas al

osciloscopio y solamente mostrar aquellas que necesitas, tambin permite buscar el

Angulo de desfasaje de varias seales.

c) Potencia de alimentacin o lnea: Enciende y apaga el osciloscopio despus de

haberlo conectado. Su funcin es la de funcionar como botn de encendido o

apagado.

d) Intensidad: controla la brillantez del trazo del osciloscopio. Ayuda a ver mejor la

seal en la pantalla para diferentes ambientes, en zona oscura se baja el nivel y en

zonas con mucha luz si aumenta para observar mejor la seal.

e) Enfoque: Ajusta el trazo de electrones. Su funcin es la de ensanchar o enflacar el

haz de electrones para realizar una medicin ms exacta en conjunto con la

cuadricula de la pantalla.

f) Localizador del haz: Regresa el despliegue a la zona de visin del tubo de rayos

catdicos sin importar los dems ajustes de control.

g) Posicin: Las perillas de posicin se emplean para desplazar el trazo o el centro de

la imagen mostrada por toda la pantalla. Las perillas de posicin dan este control

ajustando los voltajes de cd aplicados a las placas deflectoras del tubo de rayos

catdicos.

- Posicin vertical: Controla el centrado vertical del trazo. Se emplea este control

con el control de acoplamiento de entrada puesto en cd para localizar o ajustar el

trazo a la tierra del chasis.

- Posicin Horizontal: Controla el centrado horizontal de la imagen.

Ambas perillas de posicin son de suma importancia ya que permiten un buen

centrado de la imagen y permite obtener medidas precisas en la pantalla.

h) Iluminacin de escala: Da la iluminacin a la retcula. Las lneas grabadas de la

retcula se iluminan con luz proveniente de la orilla de la pantalla, para no producir

reflejos que interfieran con la imagen mostrada.

i) Sensibilidad vertical V/div o V/cm: Determina el valor necesario de voltaje que se

debe aplicar a las entradas verticales para desviar el haz de luz una divisin (o un

cm). Este control conecta un atenuador de pasos al amplificador del osciloscopio y

permite controlar la sensibilidad vertical en pasos discretos. El rango tpico es de

10mV/cm hasta 10V/cm. Hay muchas mediciones que son ms adecuadas si la

sensibilidad vertical no se encuentra en la posicin calibrada.

j) V/div variable: Permite una variacin continua (y no en escalones) de la

sensibilidad vertical. Se debe ajustar esta perilla a la posicin calibrada

(generalmente girando por completo en sentido horario pasando el tope donde se

escuche un chasquido) para igualar la sensibilidad vertical del osciloscopio al valor

marcado en el interruptor sensibilidad vertical.

k) Tiempo de barrido o tiempo/div: controla el tiempo que el punto toma para

moverse horizontalmente a travs de una divisin en la pantalla cuando se emplea el

modo de barrido disparado.

l) Tiempo variable: Este control de vernier permite escoger una velocidad continua

pero no calibrada de tiempo/div.

m) Fuente o Fuente de disparo: Selecciona la fuente de la seal de disparo.

Empleando este control se escoge el tipo de seal que se emplea para sincronizar la

onda de barrido horizontal con la seal de entrada vertical. Las selecciones posibles

comprende por lo general.

- Interna: La salida del amplificador vertical se emplea para disparar el barrido.

Esta opcin hace que la seal de entrada controle el disparo.

- Lnea: Esta posicin selecciona al voltaje de lneas de 60hz como seal de

disparo. El disparo de lnea es til cuando hay una relacin entre la frecuencia

de la seal vertical de entrada y la frecuencia de la lnea.

- Ext: Cuando se emplea esta posicin, se debe aplicar una seal externa para

disparar la onda de barrido. Esta seal se debe conectar a la entrada de disparo

externo.

n) Amplificador de barrido (x10): Este control permite disminuir el tiempo por

divisin de una onda de barrido.

Esquema de la parte frontal de un osciloscopio

1: Selector Volt/div para el canal 1.

2: Selector Volt/div para el canal 2.

3: Ajuste vertical para el canal 1.

4: Ajuste vertical para el canal 2.

5: Selector de escala de tiempo o time/div.

7: Selector de salida.

6: Ajuste horizontal

8: Entrada del canal 1.

9: Selector de entrada para el canal 1

10: Entrada del canal 2.

11: Selector de entrada para el canal 2

12: conexin a tierra del equipo

13: Intensidad y enfoque.

2.-Sistema de deflexin Vertical

El sistema en si est compuesto de sub circuitos que le permite realizar los ajustes

necesarios. Entre estas partes se encuentran:

Selector de acoplamiento de entrada.

Atenuador de entrada

Preamplificador

Amplificador vertical principal

Lnea de retardo.

Diagrama de bloques del sistema de deflexin vertical

Selector de entrada CA-GND-CD.

Uno de los primeros elementos del sistema de deflexin vertical es el selector de

acoplamiento de entrada. Su objetivo es permitir ms flexibilidad al osciloscopio para

mostrar ciertos tipos de seales.

Cuando se selecciona la posicin CD, la terminal de entrada acopla la seal de

entrada completa a los elementos siguientes del sistema de deflexin vertical. Por otro lado

si se escoge la posicin CA, se ve que un capacitor se coloca en serie con la rama de

entrada al amplificador. Este capacitor aparece como circuito abierto a los componentes de

CD y por lo tanto los bloquea y no entran a los circuitos siguientes. En la posicin de CA

tambin se bloquean las seales de CA de muy baja frecuencia.

La posicin de tierra (GND) del selector de entrada conecta a tierra los circuitos

internos del amplificador. No convierte la terminal de entrada a un punto de tierra para una

seal de entrada. El seleccionar GND hace que se elimine cualquier carga que se haya

almacenado en el atenuador de entrada y recentra el haz de electrones.

Grfica para tipos de atenuacin

Lnea de retardo

Toda la circuitera electrnica en el osciloscopio (atenuador, amplificador, formador

de pulso, generadores y los alambres de la circuitera misma) causa cierta cantidad de

retardo de tiempo en la transmisin de las seales de voltaje a las placas de deflexin. Casi

todo este retraso se crea en circuitos que conmutan, forman o generan. Al comparar los

circuitos del sistema de deflexin vertical y horizontal se observa que la seal horizontal se

inicializa o dispara mediante una porcin de la seal de salida aplicada a las placas

verticales del tubo de rayos catdicos.

El procesamiento de la seal en el canal horizontal consiste en la generacin de

barrido, cuya salida pasa al amplificador horizontal y luego a las placas de deflexin

horizontal. Todo este proceso se realiza en un tiempo de 80ns ms o menos.

Para que el operador observe el borde de subida de la onda de la seal, la seal

aplicada a las placas de deflexin vertical debe retrasarse al menos el mismo tiempo. Esta

es la funcin de la lnea de retardo

Ecuacin para calcular voltaje de salida.

Vsal= FxKxVent

Vent: Voltaje de entrada.

F: factor de atenuacin

K: es la ganancia del amplificador.

3.-Sistema de deflexin horizontal

Barrido de tiempo

Los circuitos de base de tiempo del osciloscopio efecta la tarea de producir esta

seal de voltaje repetitiva y sincronizada. El barrido de tiempo consta de un generador de

onda, u onda de barrido.

El generador de barrido utiliza las caractersticas de un capacitor para generar

voltaje de rampa forma de sierra lineales con los cuales alimenta al amplificador

horizontal. Esta ayuda a cambiar los niveles de los voltajes en las placas deflectoras

causando as la forma caracteriza de onda que puede representar en pantalla.

Onda de sierra de la seal de barrido.

.

Clculo del periodo Para el clculo del perodo, contaremos el nmero de divisiones horizontales

correspondientes a una longitud de onda de la seal y multiplicaremos por la escala que se

indique en la pantalla.

T= (Hdiv)x(Time/div)

Hdiv: divisiones en el eje x de una onda

Time/div: escala utilizada en el osciloscopio.

Mtodos para medir la frecuencia en el osciloscopio

1-Ajusta el mando TIME/DIV para proporcionar una imagen de entre 5 y 10 picos en la

forma de onda. Realiza el ajuste final para buscar un solo ciclo que se producir ms tarde.

2-Utiliza los controles horizontal y vertical para centrar el centro de la forma de onda sobre

el centro de la pantalla.

3- Gira el mando TIME/DIV para reducir la vista para mostrar slo un ciclo. La definicin

de un ciclo es de un pico hasta el siguiente pico en la forma de onda. Ajusta la onda para

comenzar en un punto en el lado izquierdo de la grfica.

4-Gira el mando VOLTS/DIV hasta que la amplitud de la onda llene la pantalla. Esto dar

lugar a la ms grande imagen de un solo ciclo que es posible obtener.

5- Se Cuenta el nmero de divisiones horizontales grandes para cubrir la distancia desde un

punto en el borde ascendente de la onda hasta el mismo punto en el borde ascendente

siguiente.

6-Multiplica el nmero de divisiones por el rango en el mando TIME/DIV para determinar

el nmero de segundos para un ciclo de la forma de onda. Por ejemplo, si la forma de onda

es de 9 divisiones horizontales entre picos y el mandoTIME /DIV se establece en 0,2 mseg,

entonces el tiempo de un ciclo es de 9 x 0,2 mseg = 9 x 0002 seg = 0,0018 segundos.

7-Convierte el tiempo para un ciclo en una frecuencia. Frecuencia = 1/segundos para el

ciclo = 1/0,0018 = 555,56 Hz en el ejemplo.

4.-Tubo de rayos catdicos.

Diagrama de bloques de tubo de rayos catdicos

Principales componentes del tubo de rayos catdicos

Filamento: Es el elemento calefactor del ctodo, es decir, le proporciona la energa

calorfica necesaria para que se desprendan electrones del mismo.

Ctodo: Cilindro hueco de nquel recubierto en su extremo derecho por sustancias

emisoras de electrones (xido de bario y estroncio). En su interior se encuentra el

filamento.

Wenhelt: Tambin conocida como rejilla de control consiste en un cilindro

metlico con un orificio circular en el fondo, el cual rodea al ctodo y cuya misin

es la de controlar el flujo de electrones que se dirigen de all a la pantalla.

nodo acelerador: Existen 3 (nodo de pre-aceleracin, nodo de enfoque, nodo

de acelelarcin), tienen forma de cilindro, y dan una aceleracin a los electrones a

travs de diferentes diferencias de potencial.

nodo de enfoque: Como a partir del primer nodo acelerador el haz se hace

divergente, ese necesario concentrarlo y para ello se utiliza el nodo de enfoque.

Base del

Tubo

Filamento

del ctodo

nodo de

pre-

aceleracin

nodo de

enfoque

nodo de

aceleracin Conjunto

de placas

deflectoras

Pantalla

de fsforo

Cada tubo tiene una tensin de enfoque ptima.

Pantalla del tubo de imagen: Es la parte final del TRC y sobre la que va a incidir

el haz de electrones que al chocar con ella producir un punto luminoso. Est

formada por: la parte externa de vidrio, la capa fluorescente que cubre la cara

interna, y una pelcula de aluminio vaporizado.

Control de intensidad:

Se trata de un potencimetro que ajusta el brillo de la seal en la pantalla. Este

mando acta sobre la rejilla ms cercana al ctodo del tubo de rayos catdicos, regulando el

voltaje de aceleracin del haz de electrones, controlando el nmero de los electrones

emitidos y as poder manipular la brillantez de la luz producida en la pantalla.

En un osciloscopio analgico si se aumenta la velocidad de barrido es necesario

aumentar el nivel de intensidad. Por otra parte, si se desconecta el barrido horizontal es

necesario reducir la intensidad del haz al mnimo (para evitar que el bombardeo

concentrado de electrones sobre la parte interior de la pantalla deteriore la capa fluorescente

que la recubre).

5.-Descripcin del funcionamiento del osciloscopio basado en un

diagrama de bloques

Diagrama de bloques del osciloscopio

Funcin del bloque circuito disparador

Permite sincronizar el barrido horizontal (deflexin de la parte horizontal del trazo a

una velocidad constante en el tiempo) con la seal de entrada a mostrar, de forma tal de

obtener una imagen estable en la pantalla. Cuando el grfico de la seal llega al extremo

derecho de la pantalla, el osciloscopio presenta nuevamente el grfico en la misma,

comenzando en el mismo punto que la anterior. Esto ltimo se repite continuamente.

El control de disparo regula la formacin de imgenes estables en la pantalla, y el

momento o fase a partir de la cual se comienza a visualizar una seal. En algunos modelos

tambin permite visualizar seales que se producen una sola vez y que normalmente no es

posible ver, ya que el osciloscopio trabaja con seales peridicas de frecuencia

relativamente alta.

Grficas de las seales del generador de la base de tiempo en

sincronismo con la seal de entrada para tres niveles diferentes del

control de disparo

La base de tiempo regula la rapidez con la cual el haz barre horizontalmente la

pantalla, fijando as la escala del tiempo sobre la cuadrcula de la pantalla; la mayor parte

de osciloscopios tienen graduado este control en segundos por divisin (sec/div) o

fracciones.

Hay un control que consta de un conmutador en forma de botn que permite invertir

el sentido del disparo. Si est sin pulsar la seal se dispara subiendo (flanco positivo +) y si

lo pulsamos se disparar bajando (flanco negativo -). Es conveniente disparar la seal en el

flanco de transicin ms rpida.

Debido a las muy diferentes seales que se pueden presentar en electrnica, el

osciloscopio presenta un conmutador con el que podemos conseguir el disparo estable de la

seal en diferentes situaciones.

De esta forma la accin combinada del trazado horizontal y de la deflexin vertical

traza la grfica de la seal en la pantalla. La seccin de disparo es necesaria para estabilizar

las seales repetitivas (se asegura que el trazado comience en el mismo punto de la seal

repetitiva).

En la siguiente figura puede observarse la misma seal en tres ajustes de disparo diferentes:

en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo (la onda est en

movimiento) y en el tercero disparada en flanco descendente.

1.-

2.-

3.-

Funcionamiento de las placas de deflexin vertical y horizontal

Las placas de deflexin, estn ubicadas en la parte cilndrica del tubo de rayos

catdicos, pero prximas a la seccin cnica. Hay dos pares de placas, unas colocadas en

forma horizontal y otras colocadas en forma vertical.

Consideremos en primer lugar las placas ubicadas horizontalmente. Si a dichas

placas horizontales se le aplica una diferencia de potencial, el campo elctrico producido

entre las placas producir una desviacin vertical del haz de electrones hacia aquella que

tenga carga ms positiva

De igual forma, si entre las placas verticales se aplica una diferencia de potencial

V. El haz de electrones sufre una desviacin horizontal hacia la que tiene carga ms

positiva.

Debido al tipo de deflexin que producen las placas colocadas horizontalmente se

denominan placas de deflexin vertical, mientras las que estn ubicadas verticalmente

reciben el nombre de placas de deflexin horizontal.

Si tenemos nuestro barrido horizontal funcionando, y aplicamos el voltaje variable a

medir a las placas de deflexin vertical el efecto de ambas se combina y el resultado ser un

dibujo en la pantalla de la forma de la onda del voltaje que estamos determinando, y as

nuestro osciloscopio estar completo.

El eje horizontal permitir determinar el tiempo y con ello la frecuencia de la onda

de voltaje que se mide, y el eje vertical el comportamiento del valor instantneo de este

voltaje. Todos los osciloscopios pueden amplificar el valor del voltaje de entrada en caso de

que este sea muy pequeo para llevarlo al rango de funcionamiento de las placas de

deflexin vertical

6.-Accesorios para realizar una medicin a travs del osciloscopio

Diagrama de bloques de una punta de prueba pasiva

Punta de prueba (sonda) compensada de (10X) pasiva

La mayora de las sondas pasivas estn marcadas con un factor de atenuacin,

normalmente 10X. Por convenio los factores de atenuacin aparecen con el signo X detrs

del factor de divisin. En contraste los factores de amplificacin aparecen con el signo X

delante (X10).

El diseo ms comn inserta un resistor de 9 megohm en serie con el extremo de la

punta. La seal se transmite entonces desde la extremidad de la punta hasta la entrada del

osciloscopio a travs de un cable coaxial especialmente diseado para minimizar

la capacitancia. El resistor sirve para minimizar la carga que la capacitancia del cable

introducira en el punto de prueba. En serie con la impedancia de entrada normal de 1

megohm del osciloscopio, el resistor de 9 megohm crea una divisor de tensin x10, por lo

que a estas puntas se las conoce como puntas de baja capacitancia o puntas x10 ("puntas

por diez").

http://es.wikipedia.org/wiki/Ohmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacitanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Divisor_de_tensi%C3%B3n

Debido a que la entrada del osciloscopio tiene capacitancias parsitas en paralelo

con el resistor de 1 megohm, el resistor de 9 megohm debe encontrarse tambin en paralelo

con un condensador, llamado condensador de puenteo, de manera de evitar que se forme

un filtro pasa bajo RC (filtros de seales con frecuencias bajas) con la capacitancia parsita

del osciloscopio. El valor de este condensador de puenteo debe elegirse de manera tal que,

combinado con el condensador de entrada del osciloscopio, se forme tambin un divisor de

tensin x10. De esta manera, la punta provee una atenuacin uniforme x10 desde corriente

directa (mediante la atenuacin que proveen los resistores) hasta frecuencias bastante altas

de corriente alterna (mediante la atenuacin que proveen los condensadores).

Tiempo atrs, el condensador de puenteo en la extremidad de la punta era ajustable,

permitiendo configurar la atenuacin x10. Los diseos ms modernos de puntas tienen en

su extremidad un circuito electrnico de lmina gruesa recortada por lser que combina el

resistor de 9 megohm con una condensador de puenteo de valor fijo. Adicionalmente, se

agrega un pequeo condensador ajustable (condensador de compensacin) en paralelo con

la capacitancia de entrada del osciloscopio. En ambos casos, la punta debe ajustarse de

manera tal de que garantice una atenuacin uniforme a toda frecuencia. A este proceso se lo

conoce como compensacin de la punta de prueba, y normalmente se lleva a cabo midiendo

una onda cuadrada y ajustando el condensador de compensacin hasta que en el

osciloscopio se visualiza una seal lo ms cuadrada posible. En el caso en que la seal

tenga los bordes pronunciados o redondeados, se dice que la punta

est sobrecompensada o subcompensada, respectivamente. Las puntas de prueba ms

rpidas y ms nuevas poseen esquemas de compensacin ms complejos y pueden llegar a

requerir otro tipo de ajustes.

La sonda ms utilizada posiblemente sea la 10X, reduciendo la amplitud de la seal

en un factor de 10. Su utilizacin se extiende a partir de frecuencias superiores a 5 kHz y

con niveles de seal superiores a 10 mV. Cuando se utilicen este tipo de sondas hay que

asegurarse de la posicin de este conmutador antes de realizar una medida.

Pasos de compensacin de la sonda:

Conectar la sonda a la entrada del canal I.

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Capacitancia_par%C3%A1sita&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_pasa_bajohttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_cuadrada

Conectar la punta de la sonda al punto de seal de compensacin (La mayora de los

osciloscopios disponen de una toma para ajustar las sondas, en caso contrario ser

necesario utilizar un generador de onda cuadrada).

Conectar la pinza de cocodrilo de la sonda a masa.

Observar la seal cuadrada de referencia en la pantalla.

Con el destornillador de ajuste, actuar sobre el condensador de ajuste hasta observar

una seal cuadrada perfecta.

Determinar el voltaje de salida de la punta de prueba de 10X pasiva

Por el divisor de tensin que se forma, con la punta de prueba y la entrada del osciloscopio,

se tiene que el voltaje de salida (Vout) viene dado por:

VinVout RinR

Rin

1 Vin

MM

MVin 1,0

19

1

Donde Vin: Voltaje de entrada.

Como se observa la seal ha sido disminuida 10%, as que para su posterior estudio al

querer trabajar con la seal real se debe multiplicar por 10.