EL OSCILOSCOPIO
El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas deondas en circuitos eléctricos y electrónicos. Por ejemplo en el caso de los televisores, las formas de las ondas encontradas de los distintos puntos de los circuitos están bien definidas, y mediante suanálisis podemos diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento.
Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y los utilizan desde técnicos de reparación de televisores hasta 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 unapresión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.
Es importante que el osciloscopio utilizado permita la visualización de señales de por lo menos 4,5 ciclos por segundo, lo que permite la verificación de etapas de video, barrido vertical y horizontal y hasta de fuentes de alimentación.
Con el osciloscopio se pueden visualizar formas de ondas de señales alternantes, midiendo su voltaje pico a pico, medio y rms.
En el anterior dibujo se ve el esquema de bloques de un osciloscopio de tipo básico. Según se observa en este dibujo, los circuitos fundamentales son los siguientes:
En el anterior dibujo se ve el esquema de bloques de un osciloscopio de tipo básico. Según se observa en este dibujo, los circuitos fundamentales son los siguientes:
- Atenuador de entrada vertical
- Amplificador de vertical
- Etapa de deflexión vertical
- Amplificador de la muestra de disparo (trigger)
- Selector del modo de disparo (interior o exterior)
- Amplificador del impulso de disparo
- Base de tiempos
- Amplificador del impulso de borrado
- Etapa de deflexión horizontal
- Tubo de rayos catódicos
- Circuito de alimentación.
Tipos de osciloscopios
Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. 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 conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.
Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).
Osciloscopios analógicos
Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos. En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es negativa.
La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo). El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexión horizontal, y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El trazado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra.
De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comience en el mismo punto de la señal repetitiva).
Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajustes básicos:
La atenuación ó amplificación que necesita la señal. Utilizar el mando AMPL para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites.
La base de tiempos. Utilizar el mando TIME-BASE para ajustar lo que representa en tiempo una división en horizontal de la pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos.
Disparo de la señal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible señales repetitivas.
Por supuesto, también deben ajustarse los controles que afectan a la visualización: FOCUS (enfoque), INTENS (intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posición vertical del haz) y X-POS (posición horizontal del haz).
Osciloscopios digitales
Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal.
Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la señal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analógico.
El conversor analógico-digital del sistema de adquisición de datos hace un muestreo la señal a intervalos de tiempo determinados y convierte la señal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras. En la sección horizontal una señal de reloj determina cuando el conversor A/D toma una muestra. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo.
Los valores digitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos de señal. El número de los puntos de señal utilizados para reconstruir la señal en pantalla se denomina registro. La sección de disparo determina el comienzo y el final de los puntos de señal en el registro. La sección de visualización recibe estos puntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en pantalla la señal.
Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un predisparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.
Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a uno analógico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL, el mando TIME-BASE así como los mandos que intervienen en el disparo.
Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un predisparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.
Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a uno analógico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL, el mando TIME-BASE así como los mandos que intervienen en el disparo.
Controles principales de un osciloscopio
- Bright: ajusta la intensidad de la pantalla
- Focus: ajusta el foco del trazo
- Grat: regula la iluminación de la cuadrícula que ayuda la visualización de la señal
- Trace: selecciona la señal que se trazará en pantalla
- Trigger: selecciona la fuente de disparo
- Trigger level: selecciona el punto de onda que se utiliza para disparar
- Timebase: ajusta la velocidad a la que se desplaza el trazo en la pantalla
- Input level: ajusta el nivel de entrada
- Pos: determina la posición del trazo en la pantalla
Por lo general, los osciloscopios poseen un conector de entrada por cada canal que se ubica en la parte frontal del mismo.
- Bright: regula el brillo de la pantalla. Es útil para evitar que la imagen quede en pantalla luego de estar en ella periodos largos de tiempo. En algunos casos es posible ver la imagen aun cuando se apaga el dispositivo.
- Focus: se ajusta la definición del trazo. Cuando no se encuentra bien regulado el trazo se ve difuso lo que dificulta la visualización.
- Graticule: ilumina la grilla que ayuda a la medición de la señal.
- Trace: también se lo conoce como Channel y su función es seleccionar el trazo que se mostrará en pantalla. Opciones a elegir: A (sólo muestra la señal A), B (sólo muestra la señal B), A+B (muestra ambas señales) y ADD (se suman ambas señales y se muestran como un único trazo).
- Trigger selector: selecciona el origen de la señal de disparo.
- Timebase: ajusta la velocidad con la cual se dibuja la señal en la pantalla
- Input level: ajusta el nivel de entrada de los canales y permite que el trazo se despliegue en pantalla.
- Position: establece la posición del trazo para permitir una mejor lectura.
MAS REFERENCIAS
El Osciloscopio es uno de los más importantes aparatos de medida que existen actualmente. Representan gráficamente las señales que le llegan, pudiendo así observarse en la pantalla muchas más características de la señal que las obtenidas con cualquier otro instrumento.
Hay muchos aparatos de medidas capaces de cuantificar diferentes magnitudes. Por ejemplo, el voltímetro mide tensiones, el amperímetro 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, 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 realidad, un pequeño computador destinado a captar señales y a representarlas en la pantalla de la forma más adecuada.
Éstos tratan de imitar los antiguos mandos de los osciloscopios normales, de modo que, en realidad, sólo es necesario aprender la forma en que el aparato se comunica con el usuario. 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.
La forma de trabajo de un osciloscopio consiste en dibujar una gráfica “Una gráfica es una curva que tiene dos ejes de referencia, el denominado 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, después, son compuestas en el interior del osciloscopio.
Un osciloscopio puede ser utilizado para estudiar propiedades físicas que no generan señales eléctricas, por ejemplo las propiedades mecánicas. Para poder representar en pantalla del osciloscopio dichas propiedades, en necesario utilizar transductores que conviertan 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 pondría entender como un voltímetro de alta impedancia. Es capaz de analizar con mucha presión cualquier fenómeno que podamos transformar mediante un transductor en tensión eléctrica.
Con el osciloscopio se pueden hacer varias cosas, como:
- 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:
la pantalla;
un canal de entrada por las que se introduce la diferencia de potencial a medir;
una base tiempos.
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 2 y 4 (ver figura 1).
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 (24 y 37cuando se introduce utilizando una clavija coaxial, también conocida como BNC); así como un conmutador giratorio para cada canal, 26 y 34, que permiten variar el factor de amplificación de la señal según el eje 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 posee también un ajuste fino en 13, y deberá estar girado a tope en sentido horario para que la escala de medida de tiempos que indica el mando sea correcta.
Para ver correctamente en la pantalla señales que no permanecen 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.
GENERADOR DE FUNCIONES
Un Generador de Funciones es un aparato electrónico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo.
Este generador de funciones, específicamente trabaja en un rango de frecuencias de entre 0.2 Hz a 2 MHz. También cuenta con una función de barrido la cual puede ser controlada tanto internamente como externamente con un nivel de DC. El ciclo de máquina, nivel de offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados por el usuario.
1. Controles, Conectores e Indicadores
Botón de Encendido (Power button). Presione este botón para encender el generador de funciones. Si se presiona este botón de nuevo, el generador se apaga.
Luz de Encendido (Power on light). Si la luz está encendida significa que el generador esta encendido.
Botones de Función (Function buttons). Los botones de onda senoidal, cuadrada o triangular determinan el tipo de señal provisto por el conector en la salida principal.
Botones de Rango (Range buttons) (Hz). Esta variable de control determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal.
Control de Frecuencia (Frecuency Control). Esta variable de control determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal tomando en cuenta también el rango establecido en los botones de rango.
Control de Amplitud (Amplitude Control). Esta variable de control, dependiendo de la posición del botón de voltaje de salida (VOLTS OUT), determina el nivel de la señal del conector en la salida principal.
Botón de rango de Voltaje de salida (Volts Out range button). Presiona este botón para controlar el rango de amplitud de 0 a 2 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 1 Vp-p con una carga de 50W . Vuelve a presionar el botón para controlar el rango de amplitud de 0 a 20 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 10 Vp-p con una carga de 50W .
Botón de inversión (Invert button). Si se presiona este botón, la señal del conector en la salida principal se invierte. Cuando el control de ciclo de máquina esta en uso, el botón de inversión determina que mitad de la forma de onda a la salida va a ser afectada. La siguiente tabla, muestra esta relación.
Control de ciclo de máquina (Duty control). Jala este control para activar esta opción.
Offset en DC (DC Offset). Jala este control para activar esta opción. Este control establece el nivel de DC y su polaridad de la señal del conector en la salida principal. Cuando el control esta presionado, la señal se centra a 0 volts en DC.
Botón de Barrido (SWEEP button). Presiona el botón para hacer un barrido interno. Este botón activa los controles de rango de barrido y de ancho del barrido. Si se vuelve a presionar este botón, el generador de funciones puede aceptar señales desde el conector de barrido externo (EXTERNAL SWEEP) localizado en la parte trasera del generador de funciones.
Rango de Barrido (Sweep Rate). Este control ajusta el rango del generador del barrido interno y el rango de repetición de la compuerta de paso.
Ancho del Barrido (Sweep Width). Este control ajusta la amplitud del barrido.
Conector de la salida principal (MAIN output connector). Se utiliza un conector BNC para obtener señales de onda senoidal, cuadrada o tiangular.
Conector de la salida TTL (SYNC (TTL) output connector). Se utiliza un conector BNC para obtener señales de tipo TTL.
7.-
