Osciloscopio
Osciloscopio analógico
Osciloscopio
analógico Hameg
Los
osciloscopios son de gran utilidad en el análisis de circuitos.
Permiten el estudio de tensiones variables con el tiempo, y de forma
indirecta, de otras magnitudes relacionadas con la tensión.
Así, por ejemplo, la intensidad eléctrica se puede
conocer sin más que estudiar la tensión entre los bornes
de una resistencia por la que circule, ya que ésta será
proporcional a la tensión estudiada. De forma análoga se
puede analizar otras variables como la intensidad luminosa,
temperatura, presión de una onda sonora, etc.
Osciloscopio analógico.
Los osciloscopios analógicos tienen un tubo de rayos
catódicos que consta de tres partes fundamentales encerradas en
un tubo de vidrio y con un vacío elevado:
1) Cañón de electrones.
2) Dispositivo de desviación de electrones.
3) Pantalla.
En la figura se representa esquemáticamente sus elementos
principales.
1.- Cañón de electrones:
Básicamente consta de tres dispositivos: a) un filamento F que
calienta el cátodo C para que emita electrones, b) un
ánodo A, conectado a potencial positivo con respecto a C, que
acelera los electrones, actuando al mismo
tiempo de diafragma, dando lugar al estrecho haz de electrones O O’, y
c)
el llamado cilindro Whenelt o cilindro rejilla W que está a
potencial
negativo con respecto a C y cuya misión es regular la intensidad
del
haz.
2.- Dispositivo de desviación de electrones: está
formado por dos pares de placas PH y PV. El primer par PH crea un campo
eléctrico E horizontal y el segundo PV otro vertical, lo que
permite desviar el haz de electrones en ambos sentidos. (En algunos
osciloscopios se usa un procedimiento de desviación
magnética). La desviación puede ser prácticamente
proporcional a la tensión aplicada a las placas deflectoras. Con
los dos pares de placas el punto puede desviarse a cualquier punto de
la pantalla.
3.- Pantalla: El interior de la parte frontal del tubo P
está recubierto por una sustancia fluorescente que se ilumina
cuando inciden sobre ella los electrones, lo que constituye la pantalla
del osciloscopio.
La respuesta de los electrones a las tensiones aplicadas es muy
rápida de modo que el ojo humano no podría seguir el
movimiento de los mismos. Para evitar este problema se utiliza
simultáneamente los dos pares de placas deflectoras de la forma
siguiente: el voltaje que se quiere observar se aplica a las placas
deflectoras verticales y simultáneamente a las placas
deflectoras horizontales se aplica un voltaje que aumenta uniformemente
con el tiempo, así el punto dibuja un gráfico de V en
función de t, siendo la desviación vertical del haz
proporcional a V(t) y la horizontal al tiempo.
Para observar una onda de forma periódica el voltaje deflector
horizontal debe variar con la misma frecuencia que el voltaje a
observar, de esta forma el haz barre la pantalla durante un ciclo,
saltando rápidamente al principio de la misma para barrerla de
nuevo en el ciclo siguiente.
De este modo cada ciclo del voltaje se traza una y otra vez. La forma
de
onda del voltaje aplicado a la deflexión horizontal se muestra
en
la figura; su aspecto hace que reciba el nombre de tensión en
diente de sierra. En el TRC recibe también el nombre de
tensión
de barrido lineal o base de tiempos lineal.
Osciloscopio
analógico Hameg.
El panel frontal consta de dos áreas, pantalla y panel de
control:
MANDOS DEL OSCILOSCOPIO:
1.- Interruptor.
2.- Intensidad.
3.- Focalizador.
4.- Rotación de la traza horizontal.
5.- Introduce la señal del canal I
en el eje vertical y la del canal II en el eje horizontal.
6.- Posición horizontal.
7.- Holdoff (tiempo entre barridos).
8.- Led indicador de trigger.
9.- Trigger para señales de vídeo
(en operaciones normales debe estar en OFF).
10.- Selector de trigger (disparo). Se seleccionará en
función de la frecuencia de la señal a medir, AC es el
modo más frecuentemente usado (10Hz y 20MHz).
11.- Selecciona si la señal se inicia con tensiones
positivas (+) o negativas (-).
12.- Base de tiempos. Regula la escala de tiempos o del eje
horizontal.
13.- Control variable de la base de tiempos.
14.- Con el botón pulsado se selecciona una señal
externa de trigger (señal de disparo con el que se inicia el
barrido horizontal).
15.- Conector BNC para la señal externa de trigger.
16.- Trigger automático: la traza es visible sin
señal de entrada. Trigger normal: permite ajustar el nivel de
disparo con el mando (17).
17.- Ajusta el nivel de trigger si 16 está apretado.
18.- Aumenta la escala X en una relación 10:1.
19.- Calibrador. Dos ondas cuadradas de 0,2 y 2 Vpp se visualiza
al conectar directamente (19) y (23).
20.- Sirve para realizar tests de componentes
electrónicos. Los dos terminales del componente (R,L,C, diodo,
transistor) se conecta a los jacks (20 y (24).(No debe haber nada
más conectado al osciloscopio).
21.- Posición vertical del canal I.
22.- Invierte la señal del canal I.
23.- Conector de entrada de señal al canal I.
24.- Conector separado de tierra.
25.- Selección según se trabaje en corriente
alterna (AC) o continua (DC) en el canal I. La posición GD
conecta el canal I a tierra permitiendo el ajuste del cero.
26.- Selector de escala en V/div del canal I.
27.- Ganancia variable.
28.- Con el botón hacia fuera el trigger o señal de
disparo afecta a la señal del canal I y si está
presionado hacia dentro el trigger afecta a la señal del canal
II.
29.- Dual. Representa las señales de ambos canales
simultáneamente.
30.- ADD, pulsada: Suma de los canales I y II.
31.- Selector de escala en V/div del canal II.
32.- Ganancia variable.
33.- Igual que 25 para el canal II.
34.- Conector separado de tierra.
35.- Conector de entrada de señal al canal II.
36.- Invierte la señal del canal II.
37.- Posición vertical del canal II.
Para empezar a medir con el osciloscopio los botones: 11, 14, 15, 16,
22, 28, 29, 30, 36 deben estar hacia fuera. Los triángulos de
los mandos 13, 27, 32, deben estar apuntando en la posición de
calibrado, para lo cual se gira el mando hasta notar al tacto un “clic”
en dicha posición.
NOTA: debes de tener mucho cuidado de no dejar un punto fijo en la
pantalla del osciloscopio, ya que ésta podría
dañarse.
a) Medida de
amplitudes:
1. Se conecta la señal que se desee
medir al canal 1 (conector 23 en la figura).
1. Se pulsa el interruptor power (1).
2. Se ajusta la intensidad luminosa mediante el mando de
intensidad (2) y se focaliza la señal mediante el focalizador
(3).
3. Se sitúa el mando (25) en GD (tierra = ground),
con lo cual el osciloscopio muestra una señal constante de 0 V,
que se debe centrar en la pantalla mediante los mandos de
posición Y (21) y posición X (6).
4. Se sitúa el mando (25) en AC para señales
alternas, y se ajusta el factor de escala vertical con el mando de
amplitudes del canal 1 (26).
5. La amplitud será la medida desde el eje
horizontal en 0 V hasta la altura máxima y se calcula en
función del factor de escala (en V/div) del mando de amplitudes
(26). En la figura 27 se muestra un ejemplo de la medida de la amplitud
de una señal.
Si se desea visualizar dos señales, se conecta la segunda
señal al canal 2 (35) y tras conectar el botón dual (29)
se procede de forma similar, utilizando ahora los mandos
correspondientes al canal 2.
b) Medida del
período de una señal:
El período es el tiempo que tarda en repetirse la señal
(T en la figura siguiente). Para calcularlo se multiplica la longitud
medida en la pantalla del osciloscopio por el factor de escala de la
base
de tiempos (conector 12 en la figura anterior). En la figura siguiente
se muestra un ejemplo de la medida del periodo de una señal.
c) Determinación de la frecuencia y
pulsación:
La frecuencia de una señal se define como la inversa del
período: f = 1/T.
La pulsación se define como 2π multiplicado por la frecuencia: ω
= 2π f.
d) Medida del desfase
entre dos señales de la misma frecuencia:
Dadas dos señales senoidales de la misma frecuencia (y misma
pulsación ω):
U1 = U1m cos(ωt + φ1)
U2 = U2m cos(ωt + φ2)
se llama desfase entre las dos ondas a la diferencia de fase entre
ellas φ = φ2 - φ1.
El desfase entre dos señales de la misma frecuencia se puede
medir de dos formas:
1) A partir de la representación dual de
ambas señales. Ambas funciones se anulan en los instantes t1
y t2 respectivamente:
ωt1 + φ1 = 90º
ωt2 + φ2 = 90º
Si se resta:
φ2 - φ1 = -ω(t2 - t1)
= 
2) Mediante las figuras de Lissajous:
Las figuras de Lissajous pueden observarse en la pantalla del
osciloscopio con el modo x-y (pulsando la tecla 5), de esta forma la
señal del
canal I se representa en el eje vertical y la del canal II en el eje
horizontal.
Los diagramas siguientes son los resultados de dos señales
de la misma frecuencia con ángulos de desfase de 0º,
35º, 90º y 180º.
Para hallar el ángulo de desfase entre las dos señales se
mide las distancias a y b (segundo ejemplo correspondiente a 35º)
y se realiza el siguiente cálculo:
sen φ =
a/b;
φ = arcsen a/b
ya que si se tiene en el eje horizontal una señal: x = X cos ωt
y otra en el eje vertical y = Y cos(ωt + φ), aparece en la pantalla
una figura similar a las mostradas en la figura anterior.
Considerando el instante ωt = -90 se tiene que:
x = 0
y = Y sen φ, y = a/2, Y = b/2,
entonces: sen φ = (y/Y) = (a/b)
y por tanto, φ = arcsen (a/b)