Practica No 7 Osciloscopio. (Primera Parte)

[pic 1]UNIVERSIDAD FERMIN TORO

DECANATO DE INGENIERÍA  

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y CIRCUITOS 

UNIVERSIDAD FERMIN TORO

DECANATO DE INGENIERÍA  

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y CIRCUITOS

Laboratorio de Física II

Módulo de Electricidad 

Práctica No. 7 

Osciloscopio. (Primera Parte) 

Objetivos de la Práctica 

• Identificar las diferentes partes del Osciloscopio.
• Verificar la Calibración del Osciloscopio.
• Obtener Trazas y Gráficas a partir de las Señales de Entrada al Osciloscopio.
• Medir el  período y calcular la frecuencia de una señal.

Preparación: 

• Manuales de Osciloscopio.          

Equipos: 

• Osciloscopio Modelo 2522B
• Osciloscopio Modelo 2160A

Componentes: 

• Cables de Conexión. 

Marco Teórico: 

 Uno de los instrumentos más versátiles e importantes en la industria de la electrónica es el osciloscopio. Las variaciones de corriente y voltaje en un circuito pueden medirse por medio de osciloscopios (también llamados oscilógrafos), cuyos principios básicos de operación pueden ser bien el galvanómetro D’Arsonval, cuya inercia es suficientemente baja para permitirle seguir las variaciones, o el de un haz electrónico que no tiene inercia sensible y cuyas deflexiones están regidas por cambios eléctricos y magnéticos. Este último ofrece un despliegue de la forma de onda en un tubo de rayos catódicos para permitir la detección de irregularidades y la determinación de cantidades como la magnitud, la frecuencia, el período, la componente de corriente directa, etc.  

 Con el osciloscopio se pueden visualizar formas de ondas de señales alternas, midiendo su voltaje pico a pico, medio y r.m.s.  El osciloscopio también puede desplegar al mismo tiempo dos señales (rastreo doble) para comparaciones de magnitud y fase.

     En la industria de equipos médicos y en los laboratorios se utilizan para comprobar y ajustar el equipo electrónico, así como, para seguir las rápidas variaciones de las señales eléctricas.

Utilidad del Osciloscopio 

      Los osciloscopios se utilizan para:  

• Medir directamente la tensión (voltaje) de una señal.  
• Medir directamente el periodo de una señal.  
• Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.  
• Medir la diferencia de fase entre dos señales.  
• Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.  
• Localizar averías en un circuito.  
• Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.  

Características de la Formas de ondas 

 Una señal alterna es aquella que cambia constantemente de valor e invierte su dirección a intervalos regulares. Una alternación es el cambio de intensidad que sufre una señal alterna mientras se mueve en una dirección, creciendo su intensidad de cero a su valor máximo y volviendo nuevamente a cero. Dos alternaciones, una en una dirección y la otra en la dirección contraria o negativa, forman un Ciclo.

          El número de ciclos que ocurren durante un segundo constituye la Frecuencia de la señal alterna, la cual se simboliza con la letra F. Otro parámetro importante de la corriente alterna es el Período, que se simboliza con la letra T, el período y la frecuencia son recíprocos el uno del otro. La frecuencia se mide usualmente en ciclos por segundo o Hertzios (hz.).

Tipos de Ondas: 

Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes:  

• Ondas senoidales  
• Ondas cuadradas y rectangulares   Ondas triangulares y en diente de sierra.  
• Pulsos y flancos ó escalones.  

Ondas Senoidales:

  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, la mayoría de las fuentes de potencia en AC  (Corriente Alterna) producen ondas 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 Triangulares y en Dientes de Sierra:

 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. 

Tipos de Osciloscopio

     Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos (Figura No.1) y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Los osciloscopios analógicos 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).

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Figura Nro. 1  Osciloscopio Analógico

Elementos del Osciloscopio de Rayos Catódicos: 

 El Osciloscopio está compuesto, en esencia, por tubos de rayos catódicos, la cual comprende un cañón electrónico, un sistema de deflexión y una pantalla. Este debe tener una fuente de alimentación que le permite obtener los potenciales adecuados en los electrodos y la corriente de calentamiento del cátodo. En la siguiente figura se muestran los elementos del osciloscopio de tubo electrostático (Figura.No.2), también los hay de tubo magnético.

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Figura Nro. 2: Osciloscopio de Tubo Electrostático

Controles del Osciloscopio Modelo 2522B:

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Controles del Osciloscopio:

1. Botón de encendido (Power Push Button): Enciende y apaga el equipo.
2. Luz indicadora de encendido: Se enciende cuando el equipo a sido puesto en funcionamiento.
3. Control de Intensidad: Ajusta el brillo de la pantalla.
4. Control de trazo: Permite ajustar la alineación del trazo en la cuadricula horizontal.
5. Control de foco: Se utiliza para obtener máxima nitidez en las líneas.
6. Nivel de Disparo: Ajusta el nivel de disparo, determina el punto inicial del disparo.
7. Switch de Acoplamiento del disparo (AC; TV-V; TV-H; LINE): selecciona el acoplamiento del disparo. Posee cuatro posiciones: AC; TV-V; TV-H; LINE. 
8. Selector de Barrido del Disparador: tiene cuatro posiciones:  

• CH1: usa como fuente del disparador la entrada 1
• Ch2 : usa como fuente del disparador la entrada 2
• ALT: usa los dos canales(CH1,CH2)
• EXT: selecciona la señal aplicada al conector EXTRIG.

1. Control normal de disparo  (Holdoff / Pull Norm Trig): Ajusta el                          tiempo de rotación del período. En la posición totalmente antihorario el período que muestra es normal.
2. Switch X-Y: Se utiliza en combinación con el switch de modo vertical y el  selector de barrido del disparador, en la posición X-Y , el canal 1 se convierte en el eje X y el canal 2 en el eje Y.
3. Control de Posición. Pull X 10 MAG: Control de posición horizontal. Permite incrementar la velocidad de corrido.  Permite incrementar el rango de pasos de 10 N s. / div.  cuando esta hacia afuera.
4. Entrada del canal 1: Se utiliza para aplicar una señal de entrada a la vertical ampliada del canal 1. Además, si está la posición X-Y  activada, la señal de entrada se observa en el eje X.
5. Terminal de Tierra: Es el terminal donde se conectan los puntos que están a potencial de cero voltios.
6. Botón de Doble Posición. Almacenaje /Analógico: Colocado en la posición hacia fuera  se es Analógica. Hacia adentro activa los botones de la función de almacenaje.
7. Terminal de Calibración (Cal Terminal): Terminal que provee un voltaje pico-pico (V p-p)  y se utiliza para calibrar el osciloscopio.
8. Entrada del Canal 2: Se utiliza para aplicar una señal de entrada al amplificador vertical del canal 2.  Además, si está la posición X-Y activada, la señal de entrada se observa en el eje Y.
9. Disparador Externo: Se utiliza para aplicar una entrada al amplificador 2, es decir, al eje vertical Y.
10. Switch del Canal 1 ( AC; GND; DC):  Tiene tres posiciones:

• AC: Bloquea cualquier componente directa  (D. C) en la entrada de la señal, a través de un condensador entre el conector de entrada y el amplificador.  GND: Conecta el amplificador a tierra, permitiendo un voltaje de referencia.
• DC: Acopla directamente a la señal de entrada del canal 1, donde la componente directa de la señal ( D. C) y la alterna ( A. C) producen una deflexión vertical.

1. Control VOLT/ DIV del Canal 1: Atenuador vertical de canal para el canal 1, provee pasos de ajuste de la sensibilidad vertical. Esta calibrada en diez pares desde 5 milivoltios por división (5mv/div) hasta 5 voltios por división (5 V/ div) Además, si está la posición X-Y activada, este control provee pasos de ajuste en la sensibilidad el eje X. El botón rojo VAR provee un ajuste fino entre los pasos del switch.
2. Switch de Modo Vertical (Vertical Mode Switch):  Posee cuatro posiciones: CH1: selecciona la señal de entrada del canal 1 como fuente del disparador.

• CH2: Selecciona la señal de entrada del canal 2 como fuente del disparador.
• DUAL: Muestra la señal de los dos canales simultáneamente.
• ADD: Muestra la señal sumada algebraicamente de las dos señales.

1. Control VOLT/ DIV del Canal 2: Atenuador vertical de canal para el canal 1, provee pasos de ajuste de la sensibilidad vertical. Esta calibrada en diez pares desde 5 milivoltios por división (5mv/div) hasta 5 voltios por división (5 V/ div).  Además, si está la posición X-Y activada, este control provee pasos de ajuste en la sensibilidad el eje Y. El botón rojo VAR provee un ajuste fino entre los pasos del switch (volt/div). Si esta en la posición hacia adentro y totalmente girado en sentido horario tiene una calibración exacta.
2. Switch del Canal 2 (AC; GND; DC):  Tiene tres posiciones:  

• AC: Bloquea cualquier componente directa  (D. C) en la entrada de la señal, a través de un condensador entre el conector de entrada y el amplificador.  GND: Conecta el amplificador a tierra, permitiendo un voltaje de referencia.
• DC: Acopla directamente a la señal de entrada del canal 1, donde la componente directa de la señal ( D. C) y la alterna ( A. C) producen una deflexión vertical.

1. Control Time /Div: Provee los rangos de selección para los tiempos, consta de 21 pasos que van desde 0.1 Nseg. / div hasta 0.5 seg. /div.
2. Control de Posición del Canal 1: Ajusta la posición vertical  de la traza del canal 1. Tiene dos posiciones: hacia adentro permite visualizar las señales en el canal 1 y 2 simultáneamente y hacia fuera lo hace alternadamente.
3. Control de Posición del Canal 2: Ajusta la posición vertical de la traza del canal 2. Tiene dos posiciones: hacia adentro la polaridad del canal 2 se invierte y hacia fuera la polaridad es normal.
4. Control de Barrido Variable (VAR SWEEP): Provee una calibración exacta del TIME /DIV, cuando se encuentra totalmente en sentido antihorario.

Nota: Todas estas funciones son las mismas para los controles del Osciloscopio Modelo 2160 (Ver figura Nro.4)

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Figura Nro. 4 Osciloscopio. Modelo 2160A

Pre-Laboratorio:

• Qué es el Osciloscopio y cuál es su utilidad? Es un instrumento de medición electrónico para la representación grafica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal frecuentemente frente a un analizador de espectro. Los osciloscopios son de los instrumentos mas versátiles que existen y los utilizan desde técnicos de reparación de televisores hasta médicos; en la industria de equipos médicos y laboratorios se utilizan para comprobar y ajustar el equipo eléctrico asi como, para seguir las rápidas variaciones de las señales eléctricas.

Utilidad: se utilizan para: medir directamente la tensión(voltaje de una señal), medir directamente el periodo de una señal, determinar indirectamente la frecuencia de una señal, medir la diferencia de fases entre dos señales, determinar que parte de la señal es DC y cual AC, localizar averias en un circuito, determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

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