RESUMEN: 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. La mayoría de los aparatos de medida se han diseñado para medir una única magnitud, por ejemplo, los polimetros, que están preparados para medir magnitudes diferentes. 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. PALABRAS CLAVES: Periodo y Frecuencia: Si una señal se repite en el tiempo, posee una frecuencia (f). La frecuencia se mide en Hertz (Hz) y es igual al número de veces que la señal se repite en un segundo, es decir, 1Hz equivale a 1 ciclo por segundo. Una señal repetitiva también posee otro parámetro: el periodo, definiéndose como el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo.Periodo y frecuencia son recíprocos el uno del otro, La tensión eléctrica o diferencia de potencial 1 2) es una magnitud física que
Introducción:
Se elaboró el siguiente trabajo de investigación con la finalidad de reforzar y adquirir nuevos conocimientos sobre el osciloscopio, sabemos de antemano que es un instrumento de medición, con el cual podemos realizar una serie de mediciones, este equipo de medición es versátil y usa hasta en la medicina como por ejemplo los cardiólogos los cuales a través de unos electrodos unidos a la piel pueden seguir el ritmo cardiaco de un corazón, también es utilizado frecuentemente y como herramienta principal de trabajo los ing. Y técnicos del campo de las telecomunicaciones para realizar estudios y pruebas sobre las frecuencias de trabajo como las radio bases, en la electrónica este instrumento se utiliza para realizar mediciones, estudios y pruebas. Cabe destacar que la amplitud de información que arrojo esta investigación no se pudo trasladar en totalidad a este trabajo por lo cual la información aquí expuesta es parcial y a mi criterio suficiente para poder tener una noción media avanzada de los puntos antes expuestos. La naturaleza se mueve en forma de ondas sinusoidales ya sean las ondas del océano, un terremoto un estampido sónico, una explosión, el sonido a través del aire, o la frecuencia natural de un cuerpo en movimiento. La energía, las partículas vibratorias y otras fuerzas invisibles impregnan nuestro universo físico, incluso la luz en parte partícula y en parte onda tiene una frecuencia fundamental que se puede observar como un color determinado. Los sensores pueden convertir a estas señales en fuerzas eléctricas que se pueden observar y medir en un osciloscopio. Los osciloscopios permiten a los científicos, ingenieros, técnicos, educadores, y demás de profesionales,”ver” eventos que cambian con el tiempo. Los osciloscopios son herramientas indispensables para cualquiera que trabaje en diseño, fabricación reparación de equipos electrónicos. En el trepidante mundo actual los ingenieros necesitan las mejores herramientas disponibles para resolver sus problemas de Medida con rapidez y precisión. Actuando como los ojos del ingeniero, los osciloscopios son la clave para satisfacerla demanda de medidas actuales.
MARCO TEORICO:
Osciloscopio historia
OSCILOSCOPIO El osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que puede variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. Permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas 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 su análisis podemos diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento. Son uno 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 una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se pueden ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir. El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato). Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de esta para, en consecuencia,
El primer método de la historia para crear una imagen de una forma de onda era a través de un minucioso y laborioso proceso de medición de la tensión o corriente de un rotor giratorio en puntos específicos alrededor del eje del rotor, y teniendo en cuenta que las mediciones efectuadas con un galvanómetro. El segundo método fue Automático de papel tirado por oscilógrafo utilizado por primera vez un galvanómetro para mover una pluma a través de un rollo de papel o de tambor, la captura de patrones de onda en un rollo continúo movimiento. Debido a la relativamente alta frecuencia de las ondas de velocidad en comparación con el tiempo de reacción lenta de los componentes mecánicos, la imagen de forma de onda no se ha tomado directamente, sino que construyó a lo largo de un período de tiempo mediante la combinación de pequeños trozos de muchas diferentes formas de onda, para crear un forma promedio. El dispositivo conocido como el Hospitalario Ondograph se basa en este método de medición de la forma de onda. Se carga automáticamente un condensador de cada onda 100, y se descarga la energía almacenada a través de un galvanómetro de grabación, con cada carga sucesiva de los condensadores están adoptando desde un punto un poco más a lo largo de la onda.la forma de onda medicionesTales eran todavía como promedio durante muchos cientos de ciclos de onda, pero eran más precisos que los dibujados a mano oscilogramas) El tercer método se hizo con el desarrollo de la bobina móvil oscilógrafo por William Duddell que en los tiempos modernos también se conoce como un espejo del galvanómetro . Esto redujo el dispositivo de medición a un pequeño espejo que podía moverse a gran velocidad para que coincida con la forma de onda. Como ejemplo: Para realizar una medición de forma de onda, una diapositiva fotográfica se cayó el pasado una ventana en la que el haz de luz emerge, o un rollo continuo de película de cine se desplaza a través de la abertura para registrar la forma de onda en el tiempo. En la década de 1920, una pequeña inclinación del espejo unido a una membrana en la punta
de un cuerno proporcionan buena respuesta hasta unos pocos kHz, tal vez incluso a 10 kHz. A base de tiempo, falta de sincronización, fue proporcionado por un polígono de espejo giratorio, y un haz colimado de luz de una lámpara de arco de la forma de onda proyectado sobre la pared o la pantalla de un laboratorio. Incluso antes, de audio aplicado a un diafragma en la alimentación de gas a una llama hizo la altura de la llama variar, y un polígono espejo giratorio dio un primer indicio de formas de onda. Invención CRT Tubos de rayos catódicos (CRT) se desarrollaron en el siglo 19. En ese momento, los tubos estaban destinados principalmente para demostrar y explorar la física de los electrones (entonces conocido como los rayos catódicos). Karl Feriando Braun inventó el osciloscopio CRT como curiosidad la física en 1897, mediante la aplicación de una señal oscilante de deflector de placas con carga eléctrica en un fósforo recubierto CRT-. La aplicación de una referencia a la señal oscilante placas deflectoras horizontales y una señal de prueba en el deflector vertical placas solares producidas eléctrica transitoria de formas de onda en la pantalla de fósforo pequeños. El barrido disparado osciloscopio Osciloscopios se convirtió en una herramienta mucho más útil en 1946, cuando Howard Vollum y Jack Murdock inventó el osciloscopio de barrido disparado, Tektronix modelo 511. Howard Vollum había visto primero como "tipos de acceso en Alemania. Antes de barrido disparado entró en uso, la desviación horizontal de la viga osciloscopio estaba controlado por una onda diente de sierra generador de duración libre. Si el período del barrido horizontal no ha coincidido con el período de la onda que se observa, cada posteriores traza comenzaría en un lugar diferente en la forma de onda que lleva a una pantalla mezclada o una imagen en movimiento en la pantalla. El barrido puede ser sincronizado con el período de la señal, pero luego la velocidad de barrido fue sin calibrar. Tektronix Vollum y Murdock fundó Tektronix , el primer fabricante de osciloscopios calibrado (que incluía una retícula en la pantalla y producida parcelas con escalas calibradas en el eje de la pantalla). Los desarrollos posteriores por
Tektronix incluyó el desarrollo de múltiples traza osciloscopios para comparar las señales ya sea por el tiempo- multiplexado (a través de cortar o localizar la alternancia) o por la presencia de múltiples cañones de electrones en el tubo. En 1963, Tektronix presentó el Vista directa biestable de almacenamiento del tubo (DVBST) , lo que permitió la observación de formas de onda de pulso único en vez de (como antes) la repetición de formas de onda única. Uso de canales micro placas , una variedad de secundaria emisión de electrones multiplicador dentro de la CRT y detrás de la placa frontal, los osciloscopios analógicos avanzados, la mayoría (por ejemplo, el Tek 7104 mainframe) podría mostrar un rastro visible (o permitir la fotografía) de un evento de un solo tiro, incluso cuando funciona a velocidades de barrido muy rápido. Este "ámbito de aplicación fue a 1 GHz. Osciloscopios digitales La primera Osciloscopio de Almacenamiento Digital (DSO) fue inventado por Walter LeCroy (que fundó la Corporación LeCroy, con sede en Nueva York, EE.UU.) después de producir velocidad digitalizadores de alta para el centro de investigación CERN en Suiza. LeCroy sigue siendo uno de los tres mayores fabricantes de osciloscopios en el mundo. A partir de la década de 1980, digitales osciloscopios se ha difundido. Almacenamiento de osciloscopios digitales utilizan un rápido digital convertidor analógico y chips de memoria para registrar y mostrar una representación digital de una forma de onda, dando más flexibilidad para disparar, el análisis, y mostrar que es posible con un osciloscopio analógico clásico. A diferencia de su predecesor analógico, el osciloscopio de almacenamiento digital puede mostrar eventos pre-disparador, abriendo una nueva dimensión a la grabación de eventos raros o intermitente y solución de problemas de electrónica fallos . A partir de 2006 la mayoría de los osciloscopios nuevas (aparte de la educación y los nichos de mercado muy pocos) son digitales. Osciloscopios digitales se basan en el uso eficaz de la memoria instalada y las funciones de activación: la memoria no es suficiente y el usuario se pierda los eventos que desea examinar y, si el ámbito de aplicación tiene una gran capacidad de memoria, pero no dispara como se desea, el usuario tendrá dificultades para encontrar el evento.
DIAGRAMA DE OSCILOSCOPIO
BLOQUES
DEL
Existen dos tipos de osciloscopio uno es el analógico y el otro el digital para poder observar el proceso en el osciloscopio analógico tenemos en la fig.1
TIPOS DE ONDA : La mayoría de ondas se pueden clasificar en:
Fig. 1,
¿Qué podemos hacer con un osciloscopio? Básicamente podemos:
Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. Determinar indirectamente la frecuencia de una señal oscilante. Determinar que parte de la señal es dc y cual ac. Localizar averías de un circuito, Medir la fase entre dos señales. Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo. Las “partes móviles “de un circuito representadas por una señal. Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles y lo utilizan desde técnico de reparación de televisiones o médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto de transductor adecuado será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido nivel de vibraciones en un auto, etc.
Ondas sinusoidales: Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades matemáticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de señales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la señal que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma, las señales de test producidas por los circuitos osciladores de un generador de señal son también senoidales, la mayoria de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen señales senoidales. Ondas cuadradas y rectangulares: Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo de señales contienen en si mismas todas las frecuencias). La televisión, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señales, fundamentalmente como relojes y temporizadores. Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes para analizar circuitos digitales. Ondas de dientes de sierra y triangulares: Se producen en circuitos diseñados para controlar voltajes linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analógico ó el barrido tanto horizontal como vertical de una televisión. Las transiciones entre el nivel mínimo y máximo de la señal cambian a un ritmo constante. Estas transiciones se denominan rampas. La onda en diente de sierra es un caso especial de señal triangular con una rampa descendente de mucha más pendiente que la rampa ascendente. Ondas de escalon y pulsos: Señales, como los flancos y los pulsos, que solo
se presentan una sola vez, se denominan señales transitorias. Un flanco ó escalón indica un cambio repentino en el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un interruptor de alimentación. El pulso indicaria, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en un determinado tiempo se ha desconectado. Generalmente el pulso representa un bit de información atravesando un circuito de un ordenador digital ó también un pequeño defecto en un circuito (por ejemplo un falso contacto momentáneo). Es común encontrar señales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de comunicaciones. ¿Qué tipos de osciloscopios existen? 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. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital. 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 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). 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. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital. Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan
directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvia 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). ¿Como funciona un osciloscopio? Para entender el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio es necesario detenerse un poco en los procesos internos llevados a cabo por este aparato. Empezaremos por el tipo analógico ya que es el más sencillo. Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de dónde 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 (que naturalmente están en posición horizontal) 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 (las que estan en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrazado (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 comienze en el mismo punto de la señal repetitiva). En la siguiente figura puede observarse la misma señal en tres ajustes de disparo diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo y en el tercero disparada en flanco descendente. Como se muestra en la siguiente figura.
Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajuste básicos:
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 muestrea 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.
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.
Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un pre disparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.
La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE 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.
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 TIMEBASE así como los mandos que intervienen en el disparo.
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.
¿Qué parámetros influyen en la calidad de un osciloscopio
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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 XPOS (posición horizontal del haz). Osciloscopios digitales Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones explicadas anteriormente un
Los términos definidos en esta sección nos permitirán comparar diferentes modelos de osciloscopio disponibles en el mercado. Ancho de Banda Especifica el rango de frecuencias en las que el osciloscopio puede medir con precisión. Por convenio el ancho de banda se calcula desde 0Hz (continua) hasta la frecuencia a la cual una señal de tipo senoidal se visualiza a un 70.7% del valor aplicado a la entrada (lo que corresponde a una atenuación de 3dB).
Tiempo de subida
Resolución vertical
Es otro de los parámetros que nos dará, junto con el anterior, la máxima frecuencia de utilización del osciloscopio. Es un parámetro muy importante si se desea medir con fiabilidad pulsos y flancos (recordar que este tipo de señales poseen transiciones entre niveles de tensión muy rápidas). Un osciloscopio no puede visualizar pulsos con tiempos de subida más rápidos que el suyo propio.
Se mide en bits y es un parámetro que nos da la resolución del conversor A/D del osciloscopio digital. Nos indica con que precisión se convierten las señales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria. Técnicas de cálculo pueden aumentar la resolución efectiva del osciloscopio.
Sensibilidad vertical
Indica cuantos puntos se memorizan en un registro para la reconstrucción de la forma de onda. Algunos osciloscopios permiten variar, dentro de ciertos límites, este parámetro. La máxima longitud del registro depende del tamaño de la memoria de que disponga el osciloscopio. Una longitud del registro grande permite realizar zooms sobre detalles en la forma de onda de forma muy rápida (los datos ya han sido almacenados), sin embargo esta ventaja es a costa de consumir más tiempo en muestrear la señal completa.
Indica la facilidad del osciloscopio para amplificar señales débiles. Se suele proporcionar en mV por división vertical, normalmente es del orden de 5 mV/div (llegando hasta 2 mV/div). Velocidad Para osciloscopios analógicos esta especificación indica la velocidad máxima del barrido horizontal, lo que nos permitirá observar sucesos más rápidos. Suele ser del orden de nanosegundos por división horizontal. Exactitud en la ganancia Indica la precisión con la cual el sistema vertical del osciloscopio amplifica o atenúa la señal. Se proporciona normalmente en porcentaje máximo de error. Exactitud de la base de tiempos Indica la precisión en la base de tiempos del sistema horizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo. También se suele dar en porcentaje de error máximo. Velocidad de muestreo En los osciloscopios digitales indica cuantas muestras por segundo es capaz de tomar el sistema de adquisición de datos (específicamente el conversor A/D). En los osciloscopios de calidad se llega a velocidades de muestreo de Megamuestras/sg. Una velocidad de muestreo grande es importante para poder visualizar pequeños periodos de tiempo. En el otro extremo de la escala, también se necesita velocidades de muestreo bajas para poder observar señales de variación lenta. Generalmente la velocidad de muestreo cambia al actuar sobre el mando TIMEBASE para mantener constante el número de puntos que se almacenaran para representar la forma de onda.
Longitud del registro
FUNCIONAMIENTO: La pantalla Fíjate en la siguiente figura que representa la pantalla de un osciloscopio. Deberás notar que existen unas marcas en la pantalla que la dividen tanto en vertical como en horizontal, forman lo que se denomina retícula o rejilla. La separación entre dos líneas consecutivas de la rejilla constituye lo que se denomina una división. Normalmente la rejilla posee 10 divisiones horizontales por 8 verticales del mismo tamaño (cercano al cm), lo que forma una pantalla más ancha que alta. En las líneas centrales, tanto en horizontal como en vertical, cada división ó cuadro posee unas marcas que la dividen en 5 partes iguales (utilizadas como veremos más tarde para afinar las medidas)
En la figura anterior se ha señalado el valor de pico Vp, el valor de pico a pico Vpp, normalmente el doble de Vp y el valor eficaz Vef o VRMS (root-mean-square, es decir la raíz de la media de los valores instantáneos elevados al cuadrado) utilizada para calcular la potencia de la señal CA.
Algunos osciloscopios poseen marcas horizontales de 0%, 10%, 90% y 100% para facilitar la medida de tiempos de subida y bajada en los flancos (se mide entre el 10% y el 90% de la amplitud de pico a pico). Algunos osciloscopios también visualizan en su pantalla cuantos voltios representa cada división vertical y cuantos segundos representa cada división horizontal. Medida de voltajes Generalmente cuando hablamos de voltaje queremos realmente expresar la diferencia de potencial eléctrico, expresado en voltios, entre dos puntos de un circuito. Pero normalmente uno de los puntos está conectado a masa (0 voltios) y entonces simplificamos hablando del voltaje en el punto A ( cuando en realidad es la diferencia de potencial entre el punto A y GND). Los voltajes pueden también medirse de pico a pico (entre el valor máximo y mínimo de la señal). Es muy importante que especifiquemos al realizar una medida que tipo de voltaje estamos midiendo. El osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa. Otros medidas se pueden realizar a partir de esta por simple cálculo (por ejemplo, la de la intensidad ó la potencia). Los cálculos para señales CA pueden ser complicados, pero siempre el primer paso para medir otras magnitudes es empezar por el voltaje.
Realizar la medida de voltajes con un osciloscopio es fácil, simplemente se trata de contar el número de divisiones verticales que ocupa la señal en la pantalla. Ajustando la señal con el mando de posicionamiento horizontal podemos utilizar las subdivisiones de la rejilla para realizar una medida más precisa. (Recordar que una subdivisión equivale generalmente a 1/5 de lo que represente una división completa). Es importante que la señal ocupe el máximo espacio de la pantalla para realizar medidas fiables, para ello actuaremos sobre el conmutador del amplificador vertical. Algunos osciloscopios poseen en la pantalla un cursor que permite tomar las medidas de tensión sin contar el número de divisiones que ocupa la señal. Básicamente el cursor son dos líneas horizontales para la medida de voltajes y dos líneas verticales para la medida de tiempos que podemos desplazar individualmente por la pantalla. La medida se visualiza de forma automática en la pantalla del osciloscopio. Medida de tiempo y frecuencia Para realizar medidas de tiempo se utiliza la escala horizontal del osciloscopio. Esto incluye la medida de periodos, anchura de impulsos y tiempo de subida y bajada de impulsos. La frecuencia es una medida indirecta y se realiza calculando la inversa del periodo. Al igual que ocurría con los voltajes, la medida de tiempos será más precisa si el tiempo a objeto de medida ocupa la mayor parte de la pantalla, para ello actuaremos sobre el conmutador de la base de tiempos. Si centramos la señal utilizando el mando de posicionamiento vertical podemos utilizar las subdivisiones para realizar una medida más precisa.
Medida de tiempos de subida y bajada en los flancos En muchas aplicaciones es importante conocer los detalles de un pulso, en particular los tiempos de subida ó bajada de estos. Las medidas estándar en un pulso son su anchura y los tiempos de subida y bajada. El tiempo de subida de un pulso es la transición del nivel bajo al nivel alto de voltaje. Por convenio, se mide el tiempo entre el momento que el pulso alcanza el 10% de la tensión total hasta que llega al 90%. Esto elimina las irregularidades en las bordes del impulso. Esto explica las marcas que se observan en algunos osciloscopios ( algunas veces simplemente unas líneas punteadas ). La medida en los pulsos requiere un fino ajuste en los mandos de disparo. Para convertirse en un experto en la captura de pulsos es importante conocer el uso de los mandos de disparo que posea nuestro osciloscopio. Una vez capturado el pulso, el proceso de medida es el siguiente: se ajusta actuando sobre el conmutador del amplificador vertical y el y el mando variable asociado hasta que la amplitud pico a pico del pulso coincida con las líneas punteadas (o las señaladas como 0% y 100%). Se mide el intervalo de tiempo que existe entre que el impulso corta a la línea señalada como 10% y el 90%, ajustando el conmutador de la base de tiempos para que dicho tiempo ocupe el máximo de la pantalla del osciloscopio.
Medida del desfase entre señales La sección horizontal del osciloscopio posee un control etiquetado como X-Y, que nos va a introducir en una de las técnicas de medida de desfase (la única que podemos utilizar cuando solo disponemos de un canal vertical en nuestro osciloscopio). El periodo de una señal se corresponde con una fase de 360º. El desfase indica el ángulo de atraso ó adelanto que posee una señal con respecto a otra (tomada como referencia) si poseen ambas el mismo periodo. Ya que el osciloscopio solo puede medir directamente los tiempos, la medida del desfase será indirecta. Uno de los métodos para medir el desfase es utilizar el modo X-Y. Esto implica introducir una señal por el canal vertical (generalmente el I) y la otra por el canal horizontal (el II). (este método solo funciona de forma correcta si ambas señales son senoidales). La forma de onda resultante en pantalla se denomina figura de Lissajous (debido al físico francés denominado Jules Antoine Lissajous). Se puede deducir la fase entre las dos señales, así como su relación de frecuencias.
Medidas en las formas de onda En esta sección describimos las medidas más corrientes para describir una forma de onda.
de uso sencillo. En este capítulo se ofrece una rápida introducción a los controles y a la información que se muestra en pantalla. La figura siguiente muestra los paneles frontales de los modelos de dos y cuatro canales.
Periodo y Frecuencia Si una señal se repite en el tiempo, posee una frecuencia (f). La frecuencia se mide en Hertz (Hz) y es igual al numero de veces que la señal se repite en un segundo, es decir, 1Hz equivale a 1 ciclo por segundo. Una señal repetitiva también posee otro paramento: el periodo, definiéndose como el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo. Periodo y frecuencia son recíprocos el uno del otro: Voltaje: Voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito. Normalmente uno de esos puntos suele ser masa (GND, 0v), pero no siempre, por ejemplo se puede medir el voltaje pico a pico de una señal (Vpp) como la diferencia entre el valor máximo y mínimo de esta. La palabra amplitud significa generalmente la diferencia entre el valor máximo de una señal y masa. Fase: La fase se puede explicar mucho mejor si consideramos la forma de onda senoidal. La onda senoidal se puede extraer de la circulación de un punto sobre un círculo de 360º. Un ciclo de la señal senoidal abarca los 360º.
PRINCIPALES CONTROLES El panel frontal se divide en áreas de funciones
Además de mostrar formas de onda, la pantalla se llena con detalles sobre los valores de control de la forma de onda y el osciloscopio. Controles verticales
Todos los modelos
POSICIÓN de CURSOR 1 y CURSOR 2 para CH1, CH2, CH3 y CH4. Sitúa Verticalmente la forma de onda. Al mostrar y utilizar cursores, se Ilumina un LED que indica la función alternativa de los mandos para mover los cursores. MENÚ CH1, CH2, CH3 y CH4. Muestra las selecciones de menú vertical, y activa y desactiva la presentación de la forma de onda del canal. VOLTS/DIV (CH 1, CH 2, CH 3 y CH 4). Selecciona factores de escala calibrados. Menú MATEM. Muestra el menú de operaciones matemáticas de forma de onda y también puede utilizarse para activar y desactivar la forma de onda matemática. Controles horizontales
Modelos de cuatro canales POSICIÓN. Ajusta la posición horizontal de todas las formas de onda matemáticas y de canal. La resolución de este control varía en función del ajuste de la base de tiempos. Para obtener información sobre ventanas. MENÚ HORIZONTAL. Horizontal.
Muestra
el
menú
ESTABL. EN CERO. Establece la posición horizontal en cero.
SEC/DIV. Selecciona el ajuste tiempo/división horizontal (factor de escala) de la base de tiempos principal o de ventana. Si se activa Definir Ventana, se cambia el ancho de la zona de ventana al cambiar la base de tiempos de la ventana. Controles de disparo
Modelos de dos canales
Todos los modelos: ALM./REC. Muestra el menú Alm./Rec. para configuraciones y formas de onda. MEDIDAS. Muestra el menú de medidas automáticas. ADQUISICIÓN. Muestra el menú Adquisición. PANTALLA. Muestra el menú Pantalla.
Modelos de cuatro canales
CURSORES. Muestra el menú Cursores. Los controles de posición vertical ajustan la posición del cursor mientras se muestra el menú Cursores y los cursores están activados. Los cursores permanecen en pantalla (a menos que se haya establecido la opción Tipo en No) después de salir del menú Cursores, pero no se pueden ajustar. UTILIDADES. Muestra el menú Utilidades.
NIVEL y SELECC. POR USUARIO. Cuando se utiliza un disparo por flanco, la principal función del mando NIVEL es establecer el nivel de amplitud que la señal debe cruzar para provocar una adquisición. También se puede utilizar este mando para ejecutar opciones alternativas de SELECC. POR USUARIO. Se ilumina el LED situado debajo del mando para indicar una función alternativa.
AYUDA. Muestra el menú Ayuda. CONFIG. PREDETER. configuración de fábrica.
Recupera
la
AUTOCONFIGURAR. Establece automáticamente los controles del osciloscopio para generar una presentación útil de las señales de entrada. SEC. ÚNICA. Adquiere una sola forma de onda y se detiene. ACTIVAR/PARAR. Adquiere formas de onda continuamente o detiene la adquisición.
Botones de control y de menú IMPRIMIR. Inicia operaciones de impresión. Se requiere un módulo de expansión con un puerto Centronics, RS –232 o GPIB. Consulte Accesorios opcionales
Toma de medidas automáticas
El osciloscopio puede tomar las medidas automáticas de la mayor parte de señales presentadas. Para medir la frecuencia, el período y la amplitud pico a pico, el tiempo de subida y el ancho de pulso positivo de la señal, 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. COMP SONDA. Compensación de voltaje de salida y tierra de la sonda. Utilice este botón para igualar eléctricamente la sonda al circuito de entrada del osciloscopio. Consulte la página 8. Los conectores blindados de BNC y tierra de compensación de sonda se conectan a tierra y se consideran terminales de tierra. CH 1, CH 2, CH 3 y CH 4. Conectores de entrada para la presentación de formas de onda. DISP. EXT. Conector de entrada para una fuente de disparo externo. Utilice el menú Disparo para seleccionar la fuente de disparo Ext. O Ext./5. Funcionamiento:
Necesita ver una señal en un circuito, pero no conoce la amplitud o frecuencia de la señal. Desea mostrar rápidamente la señal y medir la frecuencia, el período y la amplitud pico a pico. Uso de la autocon figuración
Para mostrar una señal rápidamente, siga estos pasos: 1. Pulse el botón MENÚ CH 1 y establezca la atenuación de la opción Sonda en 10X. 2. Establezca en 10X el conmutador de la sonda P2200. 3. Conecte la sonda del canal 1 a la señal. 4. Pulse el botón AUTOCONFIGURAR. El osciloscopio establece automáticamente los controles verticales, horizontales y de disparo. Si desea mejorar la presentación de la forma de onda, puede ajustar manualmente dichos controles.
3. Pulse el botón de opción Tipo y seleccione Frecuencia. La lectura Valor presenta la medida y la actualiza. 4. Pulse el botón de opción Atrás. 5. Pulse el segundo botón de opción a partir del superior; aparece el menú Medidas 2. 6. Pulse el botón de opción Tipo y seleccione Período. La lectura Valor presenta la medida y la actualiza. 7. Pulse el botón de opción Atrás. 8. Pulse el botón de opción medio; aparece el menú Medidas 3. 9. Pulse el botón de opción Tipo y seleccione pico-pico. La lectura Valor presenta la medida y la actualiza. 10. Pulse el botón de opción Atrás. 11. Pulse el segundo botón de opción a partir del inferior; aparece el Menú Medidas 4. 12. Pulse el botón de opción Tipo y seleccione 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 el botón de opción Tipo y seleccione Ancho Pos. La lectura Valor presenta la medida y la actualiza. 16. Pulse el botón de opción Atrás.
CUADRO COMPATATIVO DE OSCILOSCOPIOS ANALOGICOS Y DIGITALES
Osciloscopio digital Traza limpia y brillante sin modulación de intensidad. Almacenamiento ilimitado
Osciloscopio analógico Permite la modulación de intensidad. En alta frecuencia el brillo es poco. Tiempo limitado de memoria y técnicas fotográficas complejas. Menor resolución aunque pueden disponer de cursores. No permite pre disparo.
Incremento de resolución mediante cursores. Información anterior al disparo mediante pretrigger. Ancho de banda Ancho de banda variable en muestreo constante real. Gran ancho de dependiente de la banda en muestreo amplitud (difícilmente equivalente (hasta 15 superior a 1 GHz). GHz). Velocidad de Adquisición continua. actualización de la pantalla lenta. Mayor coste que los Precios moderados. osciloscopios analógicos. Facilidad de manejo y Imposibilidad de análisis de señales de captura de señales ocurrencia única. uniciclo. Posibilitan una fácil documentación mediante conexión a plotters, impresoras, y comunicación con ordenadores.
RANGOS MINIMOS Y MAXIMOS: Toma de medidas con el cursor Puede utilizar los cursores para tomar rápidamente medidas de tiempo y voltaje en una forma de onda. Medición de la frecuencia de oscilación Para medir la frecuencia de la oscilación del flanco ascendente de una señal, siga estos pasos: 1. Pulse el botón CURSORES para ver el menú Cursores. 2. Pulse el botón de opción Tipo y seleccione Tiempo. 3. Pulse el botón de opción Fuente y seleccione CH1. 4. Gire el mando CURSOR 1 para colocar un cursor en el primer pico de la oscilación. 5. Gire el mando CURSOR 2 para colocar un cursor en el segundo pico de la oscilación. Puede ver el tiempo y la frecuencia de diferencia (la frecuencia de oscilación medida) en el menú Cursores. Medición de la amplitud de oscilación En el ejemplo anterior ha medido la frecuencia de oscilación. Ahora Desea medir la amplitud de la oscilación. Para medir la amplitud, Siga estos pasos: 1. Pulse el botón CURSORES para ver el menú Cursores. 2. Pulse el botón de opción Tipo y seleccione Tensión. 3. Pulse el botón de opción Fuente y seleccione CH1. 4. Gire el mando CURSOR 1 para colocar un cursor en el pico más Alto de la oscilación. 5. Gire el mando CURSOR 2 para colocar un cursor en el pico más bajo de la oscilación. Puede ver las siguientes medidas en el menú Cursores:
El voltaje de diferencia (voltaje pico a pico de la oscilación) El voltaje del cursor 1
El voltaje del cursor 2
Suponga que está analizando una forma de onda pulsatoria y desea Conocer el ancho del pulso. Para medir el ancho de un pulso mediante los cursores de tiempo, siga estos pasos: 1.
Pulse el botón CURSORES para ver el menú Cursores. Los LED situados bajo los mandos POSICIÓN VERTICAL se iluminan para indicar las funciones alternativas CURSOR1 y CURSOR2.
2.
Pulse el botón de opción Fuente y seleccione CH1.
3.
Pulse el botón de opción Tipo y seleccione Tiempo.
4.
Gire el mando CURSOR 1 para colocar un cursor en el flanco ascendente del pulso.
5. Gire el mando CURSOR 2 para colocar el otro cursor en el flanco de bajada del pulso. Puede ver las siguientes medidas en el menú Cursores:
El tiempo del cursor 1, relativo al disparo. El tiempo del cursor 2, relativo al disparo. El tiempo de diferencia, que corresponde a la medida de ancho de Pulso.
PRINCIPALES MARCAS:
CONCLUCIONES DEL TRABAJO.
El
Osciloscopio
es
un
“…instrumento
de
verificación que utiliza un tubo de rayos catódicos para hacer visible sobre una pantalla fluorescente los valores instantáneos y formas de ondas de magnitudes eléctricas variables rápidamente en función del tiempo o de otra magnitud. Abreviadamente OCR. Denominado también Osciloscopio”.
Los recursos que ofrece la red de internet y la cantidad de libros publicados sobre electrónica (concretamente sobre los osciloscopios), podrían haber echo de este trabajo, casi un libro entero pero he optado por separarlo en tan sólo dos apartados que constan de una introducción y una terminología, con el fin de tener una idea sobre lo que es un osciloscopio, en cambio, no he citado la puesta de funcionamiento ni los controles, ni muchos otros factores, dado que no creo fuera este el objetivo del trabajo. BIBLIOGRAFÍA Las fuentes de información que ahora citaré, concretamente las páginas web, no han sido todas las que he utilizado y algunas de ellas sólo muestran tipos de osciloscopios (de 1 canal,
de
2,
etc…)
distintos
o
són
de
propaganda para algunas empresas pero con cualquier buscador aparecen más de cien páginas diferentes.Webs: http://personal.redestb.es/antoniot/ind_osc.htm http://web.jet.es/emmanuel/castellano/diseños_p ropios/ http://eup.cdf.ude.es/main/planes/indus/3/autelec/elec…
http://forem.baleares.net/i3/electron/med-fre.htm http://www.qro.itesm.mx/departamentos/desc…
Libros: Electrónica fundamental. Goodlet. Montesó editor. Curso básico de electricidad. W.H.Timbie. Montesó editor. 1. El Osciloscopio Señales y Sistemas Emilio Flores – Daniel Quezada 13-05-2009