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El osciloscopio digital y el generador de funciones EXPERIMENTACIÓN 1
OBJETIVOS
Desarrollar en el estudiante las habilidades necesarias para aprovechar la capacidad de
medición de un osciloscopio digital.
Comprender e interpretar la función que tienen los controles de un generador de
funciones.
1.0 El Osciloscopio
Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica
de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal,
frecuentemente junto a un analizador de espectro.
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 THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz,
permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.
Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto
analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos
casos, en teoría.
Un poco de Historia
El primer método en 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 mediciones-Tales 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 producidas 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
El primer 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.
Los 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.
APLICACIONES BASICAS DEL OSCILOSCOPIO
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.
Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y lo utilizan desde
técnicos de reparación de televisores a 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.
¿Qué tipos de osciloscopios existen?
Como sabemos, 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).
Controles típicos de un osciloscopio
A primera vista un osciloscopio se parece a una pequeña televisión portátil, salvo una rejilla
que ocupa la pantalla y el mayor número de controles que posee. En la siguiente figura se
representan estos controles distribuidos en cinco secciones:
Es necesario familiarizarse con el panel frontal del osciloscopio. Todos los osciloscopios
disponen de tres secciones básicas que llamaremos: Vertical, Horizontal, y Disparo.
Dependiendo del tipo de osciloscopio empleado en particular, podemos disponer de otras
secciones.
Botón de encendido:
Conectores BNC:
Donde se colocan las puntas de prueba.
La mayoría de los osciloscopios actuales disponen de dos canales etiquetados normalmente
como I y II (ó A y B). El disponer de dos canales nos permite comparar señales de forma
muy cómoda.
Algunos osciloscopios avanzados poseen un interruptor etiquetado como AUTOSET ó
PRESET que ajustan los controles en un solo paso para ajustar perfectamente la señal a la
pantalla. Si tu osciloscopio no posee esta característica, es importante ajustar los diferentes
controles del aparato a su posición estándar antes de proceder a medir.
Estos son los pasos más recomendables:
Ajustar el osciloscopio para visualizar el canal I. (al mismo tiempo se colocará
como canal de disparo el I).
Ajustar a una posición intermedia la escala voltios/división del canal I (por ejemplo
1v/cm).
Colocar en posición calibrada el mando variable de voltios/división (potenciómetro
central).
Desactivar cualquier tipo de multiplicadores verticales.
Colocar el conmutador de entrada para el canal I en acoplamiento DC.
Colocar el modo de disparo en automático.
Desactivar el disparo retardado al mínimo ó desactivado.
Situar el control de intensidad al mínimo que permita apreciar el trazo en la
pantalla, y el trazo de focus ajustado para una visualización lo más nítida posible
(generalmente los mandos quedaran con la señalización cercana a la posición
vertical).
Intensidad
Se trata de un potenciómetro que ajusta el brillo de la señal en la pantalla. Este mando actúa
sobre la rejilla más cercana al cátodo del CRT (G1), controlando el número de electrones
emitidos por este.
En un osciloscopio analógico 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 mínimo (para evitar que el bombardeo concentrado de
electrones sobre la parte interior de la pantalla deteriore la capa fluorescente que la
recubre).
Enfoque
Se trata de un potenciómetro que ajusta la nitidez del haz sobre la pantalla. Este mando
actúa sobre las rejillas intermedias del CRT (G2 y G4) controlando la finura del haz de
electrones. Se retocará dicho mando para una visualización lo más precisa posible. Los
osciloscopios digitales no necesitan este control.
Rotación del haz
Resistencia ajustable actuando sobre una bobina y que nos permite alinear el haz con el eje
horizontal de la pantalla. Campos magnéticos intensos cercanos al osciloscopio pueden
afectar a la orientación del haz. La posición del osciloscopio con respecto al campo
magnético terrestre también puede afectar. Los osciloscopios digitales no necesitan de este
control. Se ajustará dicha resistencia, con el mando de acoplamiento de la señal de entrada
en posición GND, hasta conseguir que el haz esté perfectamente horizontal.
Sistema vertical
Posición
Este control consta de un potenciómetro que permite mover verticalmente la forma de onda
hasta el punto exacto que se desee. Cuando se está trabajando con una sola señal el punto
normalmente elegido suele ser el centro de la pantalla.
Conmutador
Se trata de un conmutador con un gran número de posiciones, cada una de las cuales,
representa el factor de escala empleado por el sistema vertical. Por ejemplo si el mando esta
en la posición 2 voltios/div significa que cada una de las divisiones verticales de la pantalla
(aproximadamente de un 1 cm.) representan 2 voltios. Las divisiones más pequeñas
representaran una quinta parte de este valor, o sea, 0.4 voltios. La máxima tensión que se
puede visualizar con el osciloscopio presentado y con una sonda de 10X será entonces: 10
(factor de división de la sonda) x 20 voltios/div (máxima escala) x 8 divisiones verticales =
1600 voltios. En la pantalla se representa una señal de 1Vpp tal como la veríamos en
diferentes posiciones del conmutador.
Mando Variable
Se trata de un potenciómetro situado de forma concéntrica al conmutador del amplificador
vertical y podemos considerarlo como una especie de lupa del sistema vertical.
Para realizar medidas es necesario colocarlo en su posición calibrada.
Acoplamiento de la entrada
Se trata de un conmutador de tres posiciones que conecta eléctricamente a la entrada del
osciloscopio la señal exterior.
El acoplamiento DC deja pasar la señal tal como viene del circuito exterior (es la señal
real).El acoplamiento AC bloquea mediante un condensador la componente continua que
posea la señal exterior. El acoplamiento GND desconecta la señal de entrada del sistema
vertical y lo conecta a masa, permitiéndonos situar el punto de referencia en cualquier parte
de la pantalla (generalmente el centro de la pantalla cuando se trabaja con una sola señal).
Inversión
Es un conmutador de dos posiciones en forma de botón que permite en una de sus
posiciones invertir la señal de entrada en el canal I (existen otros osciloscopios que
invierten el canal II).
Modo alternado / chopeado Es un conmutador de dos posiciones, en forma de botón, que permite, cuando nos
encontramos en modo DUAL, seleccionar el modo de trazado de las señales en pantalla. En
el modo alternado se traza completamente la señal del canal I y después la del canal II y asi
sucesivamente. Se utiliza para señales de media y alta frecuencia (generalmente cuando el
mando TIMEBASE está situado en una escala de 0.5 msg. ó inferior). En el modo
chopeado el osciloscopio traza una pequeña parte del canal I después otra pequeña parte del
canal II, hasta completar un trazado completo y empezar de nuevo. Se utiliza para señales
de baja frecuencia (con el mando TIMEBASE en posición de 1 msg. ó superior).
Modo simple / dual / suma
Es un control formado por tres conmutadores de dos posiciones, en forma de botón, que
permite seleccionar entres tres modos de funcionamiento: simple, dual y suma. En el modo
simple actuamos tan solo sobre el conmutador etiquetado como CH I/II. Si no está pulsado
visualizaremos la señal que entra por el canal I y si lo está la señal del canal II. El modo
dual se selecciona con el conmutador etiquetado DUAL. Si no está pulsado visualizaremos
un solo canal (cual, dependerá del estado del conmutador CH I/II) y si lo está
visualizaremos simultáneamente ambos canales. El modo suma se selecciona pulsando el
conmutador etiquetado I+II (si también lo está el etiquetado como DUAL) y nos permite
visualizar la suma de ambas señales en pantalla.
Sistema horizontal
Posición
Este control consta de un potenciómetro que permite mover horizontalmente la forma de
onda hasta el punto exacto que se desee. Cuando se está trabajando con una sola señal el
punto normalmente elegido suele ser el centro de la pantalla. (Para observar mejor el punto
de disparo se suele mover la traza un poco hacia la derecha).
Conmutador
Se trata de un conmutador con un gran número de posiciones, cada una de las cuales,
representa el factor de escala empleado por el sistema de barrido horizontal. Por ejemplo si
el mando esta en la posición 1 msg/div significa que cada una de las divisiones horizontales
de la pantalla (aproximadamente de un 1 cm.) representan 1 milisegundo. Las divisiones
más pequeñas representaran una quinta parte de este valor, o sea, 200 µsg.
El osciloscopio presentado puede visualizar un máximo de 2 sg en pantalla (200 msg x 10
divisiones) y un mínimo de 100 nsg por división, si empleamos la Amplificación (0.5 µsg /
5).
Mando variable
Se trata de un potenciómetro situado de forma concéntrica al conmutador de la base de
tiempos y podemos considerarlo como una especie de lupa del sistema horizontal.
Para realizar medidas es necesario colocarlo en su posición calibrada.
Amplificación
Este control consta de un pequeño conmutador en forma de botón que permite amplificar la
señal en horizontal por un factor constante (normalmente x5 ó x10). Se utiliza para
visualizar señales de muy alta frecuencia (cuando el conmutador TIMEBASE no permite
hacerlo). Hay que tenerle en cuenta a la hora de realizar medidas cuantitativas (habrá que
dividir la medida realizada en pantalla por el factor indicado).
XY
Este control consta de un pequeño conmutador en forma de botón que permite desconectar
el sistema de barrido interno del osciloscopio, haciendo estas funciones uno de los canales
verticales (generalmente el canal II).
Como veremos en el capítulo dedicado a las medidas esto nos permite visualizar curvas de
respuesta ó las famosas figuras de Lissajous, utiles tanto para la medida de fase como de
frecuencia.
Sistema de disparo
Sentido
Este control consta de un conmutador en forma de botón que permite invertir el sentido del
disparo. Si está sin pulsar la señal se dispara subiendo (flanco positivo +) y si lo pulsamos
se disparará bajando (flanco negativo -).Es conveniente disparar la señal en el flanco de
transición más rápida.
Nivel
Se trata de un potenciómetro que permite en el modo de disparo manual, ajustar el nivel de
señal a partir del cual, el sistema de barrido empieza a actuar. Este ajuste no es operativo en
modo de disparo automático.
Acoplamiento
Debido a las muy diferentes señales que se pueden presentar en electrónica, el osciloscopio
presenta un conmutador con el que podemos conseguir el disparo estable de la señal en
diferentes situaciones. La gama de frecuencias ó tipos de señales que abarca cada posición
del conmutador depende del tipo de osciloscopio (es posible incluso que el osciloscopio
tenga otras posiciones, especialmente para tratar las señales de televisión). En la siguiente
figura se especifica los datos para un osciloscopio en particular. Para tu osciloscopio
deberás consultar la información suministrada por el fabricante, para actualizar esta tabla.
Exterior
La situación normal es que se permita al osciloscopio quien internamente dispare la señal
de entrada. Esto permite sincronizar casi todas las señales periódicas siempre que la altura
de la imagen supere un cierto valor (generalmente muy pequeño, del orden de media
división). Para algunas señales complicadas, es necesario dispararlas con otra señal
procedente del mismo circuito de prueba. Esto puede hacerse introduciendo esta última
señal por el conector etiquetado TRIG. EXT. y pulsando también el botón que le acompaña.
Operaciones matemáticas y medidas El osciloscopio puede también realizar operaciones que permiten sumar l o s
f o rm as d e on d a , c rean do as í u n a nu eva f o rm a d e on da . Lo s
o s c i l os cop ios analógicos combinan las señales, mientras que los osciloscopios
digitales crean una nueva forma de onda matemáticamente. Otra operación
m at em át i ca e s l a r es t a de fo rm as d e ond a . En os c i l os cop i os
an a ló g i co s , s e puede restar utilizando la función inversora de canal en una
señal y luego utilizando la operación de suma. Los osciloscopios digitales
suelen disponer típicamente de una operación de resta. La Figura 39 ilustra una
ter-cera forma de onda creada sumando dos señales diferentes. Utilizando la
potencia de los procesadores internos, los osciloscopios digitales ofrecen
muchas operaciones matemáticas avanzadas: multiplicación, d i v i s ió n ,
i n t eg r ac i ón , T r an s fo r mad a Ráp i d a d e Fo u r i e r ( FFT ) , e t c .
Puntas de Prueba
Una punta de prueba (o simplemente una punta) es un dispositivo que permite realizar una
conexión física entre una fuente de señal o punto de prueba (DUT) y un instrumento de
medición electrónico, como por ejemplo un osciloscopio.
Es muy importante utilizar las sondas diseñadas para trabajar específicamente con el
osciloscopio. Una sonda no es, ni mucho menos, un cable con una pinza, sino que es un
conector específicamente diseñado para evitar ruidos que puedan perturbar la medida.
Además, las sondas se construyen para que tengan un efecto mínimo sobre el circuito de
medida. Esta facultad de la sondas recibe el nombre de efecto de carga, para minimizarla se
utiliza un atenuador pasivo, generalmente de x10.
Este tipo de sonda se proporciona generalmente con el osciloscopio y es una excelente
sonda de utilización general. Para otros tipos de medidas se utilizan sondas especiales,
como pueden ser las sondas de corriente ó las activas.
Puntas pasivas
La mayoría de las sondas pasivas están marcadas con un factor de atenuación, normalmente
10X ó 100X. Por convenio los factores de atenuación aparecen con el signo X detrás del
factor de división. En contraste los factores de amplificación aparecen con el signo X
delante (X10 ó X100).
La sonda más utilizada posiblemente sea la 10X, reduciendo la amplitud de la señal en un
factor de 10. Su utilización se extiende a partir de frecuencias superiores a 5 kHz y con
niveles de señal superiores a 10 mV. La sonda 1X es similar a la anterior pero introduce
más carga en el circuito de prueba, pero puede medir señales con menor nivel. Por
comodidad de uso se han introducido sondas especiales con un conmutador que permite
una utilización 1X ó 10X. Cuando se utilicen este tipo de sondas hay que asegurarse de la
posición de este conmutador antes de realizar una medida.
Compensación de la Punta de Prueba
Antes de utilizar una sonda atenuadora 10X es necesario realizar un ajuste en frecuencia
para el osciloscopio en particular sobre el que se vaya a trabajar. Este ajuste se denomina
compensación de la sonda y consta de los siguientes pasos.
Conectar la sonda a la entrada del canal I.
Conectar la punta de la sonda al punto de señal de compensación (La mayoría de los
osciloscopios disponen de una toma para ajustar las sondas, en caso contrario será
necesario utilizar un generador de onda cuadrada).
Conectar la pinza de cocodrilo de la sonda a masa.
Observar la señal cuadrada de referencia en la pantalla.
Con el destornillador de ajuste, actuar sobre el condensador de ajuste hasta observar
una señal cuadrada perfecta.
Pruebas activas
Proporcionan una amplificación antes de aplicar la señal a la entrada del osciloscopio.
Pueden ser necesarias en circuitos con una cargabilidad de salida muy baja. Este tipo de
sondas necesitan para operar una fuente de alimentación.
Pruebas de corriente
Posibilitan la medida directa de las corrientes en un circuito. Las hay para medida de
corriente alterna y continua. Poseen una pinza que abarca el cable a través del cual se desea
medir la corriente. Al no situarse en serie con el circuito causan muy poca interferencia en
él.
Técnicas de medida
Introducción
Esta sección explica las técnicas de medida básicas con un osciloscopio. Las dos medidas
más básicas que se pueden realizar con un osciloscopio son el voltaje y el tiempo, al ser
medidas directas.
Esta sección describe como realizar medidas visualmente en la pantalla del osciloscopio.
Algunos osciloscopios digitales poseen un software interno que permite realizar las
medidas de forma automática. Sin embargo, si aprendemos a realizar medidas de forma
manual, estaremos también capacitados para chequear las medidas automáticas que realiza
un osciloscopio digital.
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 ó 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)
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 esta 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.
En la figura anterior se ha señalado el valor de pico V p , el valor de pico a pico V pp ,
normalmente el doble de V p y el valor eficaz V ef ó V RMS (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.
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 (ó 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 angulo 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 observando la siguiente figura
Holdoff
Podía traducirse como mantener (hold) desconectado (off).Este control no está incluido en
los osciloscopios de nivel bajo ó medio.
Se utiliza cuando deseamos sincronizar en la pantalla del osciloscopio señales formadas por
trenes de impulsos espaciados en el tiempo. Se pretende que el osciloscopio se dispare
cuando el primer impulso del que consta el tren alcance el nivel de tensión fijado para el
disparo, pero que exista una zona de sombra para el disparo que cubra los impulsos
siguientes, el osciloscopio no debe dispararse hasta que llegue el primer impulso del
siguiente tren. Consta generalmente de un mando asociado con un interruptor, este último
pone en funcionamiento el sistema holdoff y el mando variable ajusta el tiempo de sombra
para el disparo. En la siguiente figura se observará mejor el funcionamiento.
Línea de retardo
Tampoco es habitual encontrar dicho mando en los osciloscopios de gama media, baja. Sin
embargo cuando deseamos amplificar un detalle que no se encuentra cercano al momento
del disparo, necesitamos de alguna manera retardar este último un determinado tiempo para
con el mando de la base de tiempos poderlo amplificar. Esto es precisamente lo que realiza
este mando.
Consta de un conmutador de varias posiciones que nos proporciona el tiempo que el
osciloscopio retarda la presentación desde el momento que la señal se dispara, este tiempo
puede variar, dependiendo del osciloscopio, desde algunas fracciones de µsg a algunos
centenares de msg; posee también, y generalmente concéntrico con el anterior, un mando
variable para ajustar de forma más precisa el tiempo anterior. Y por último, un conmutador
que en una posición etiquetada como search indica al osciloscopio que busque el punto a
partir del cual deseamos que se presente la señal y otra posición etiquetada como delay que
fija la anterior posición y permite el uso de la base de tiempos para amplificar el detalle
deseado.
Ejemplo de señal en el Osciloscopio
CURSORES
En algunos osciloscopios, disponen de una opción llamada Cursores. Estos cursores
permiten leer los tiempos de inicio y final del intervalo de medición, posicionando una
línea vertical sobre la pantalla al inicio y al final del intervalo. La lectura de los tiempos y
la diferencia entre ellos los da directamente con una indicación de estos valores sobre la
pantalla. En este caso, ningún cálculo debe hacerse para determinar los intervalos, ya que la
lectura es directa. También estos cursores permiten hacer determinación de valores de
amplitud ya que cuenta con cursores horizontales de amplitud. Los cursores de dividen en
los ejes X e Y, es decir horizontal y vertical.
Los cursores verticales dividen o cruzan la escala horizontal del osciloscopio que es la
escala del tiempo, de manera que nos permitirán hacer mediciones de tiempo. ¿Cual
tiempo? Pues el tiempo que esté entre los cursores. Es decir, primeramente para poder
medir necesitamos ubicar lo que deseamos medir exactamente entre los cursores para poder
hacer una medida efectiva del lapso de tiempo entre el cursor 1 y el cursor 2.
Si deseamos medir frecuencia, necesitamos ubicar el primer cursor en donde da inicio la
señal periódica y el cursor 2 en donde termina la señal periódica (onda con un patrón
repetitivo) o ciclo. Esto nos determinará el número de eventos que ocurren por segundo o
sea la frecuencia.
Con respecto a los cursores horizontales lo que miden son valores de voltaje. De manera
que para medir cualquier voltaje situamos nuestro cursor inferior como referencia y el
cursor superior en al nivel de la señal que pretendemos medir. Aunque no se descartan
también colocarlo en otras posiciones.
Otros
Save/Recall: permite grabar una configuración del osciloscopio que ha resultado adecuada
para medir una señal, y para recuperar dicha configuración. Al presionarla, se despliegan
opciones en pantalla:
Default Setup: es la configuración de fábrica. (Se traduce en:
Horizontal:
Vertical: activo: canal 1; escala: 5V/div; acoplamiento: CC; posición: 0V; factor de sonda:
1 (OJO, la sonda 10074C es tipo Autoprobe y atenuación 10:1! el osciloscopio ajusta y
puede dejarla en 1:1).
Disparo: flanco; modo de barrido: automático; nivel: 0V; fuente: canal 1; acoplamiento:
CC; pendiente: flanco ascendente; tiempo de rechazo: 60ns.
Pantalla: vectores: activados; intensidad de retícula: 20%; persistencia infinita: inactiva.
Otros: Modo de Adquisición: Normal; Run/Stop: Run; cursores de medición: inactivos.
La señal de calibración es una onda cuadrada de Amplitud 5Vpp y frecuencia ~ 1200Hz.)
AUTOSCALE “configura el osciloscopio para visualizar la mejor señal de entrada
mediante el análisis de cualquier onda conectada a las entradas externas de disparo y
canales. Autoscale busca, activa y aplica una escala a cualquier canal con una onda
repetitiva de frecuencia 50Hz a lo menos, un ciclo de carga de 0,5% y una amplitud peak-
to-peak de al menos 10mV. Cualquier canal que no cumpla estos requisitos se desactiva.
Vernier: Permite ajustes gruesos o finos de la escala de tiempo/div.
Noise Rej
Seleccionar el rechazo de ruido, añade histéresis al sistema de circuitos de disparo.
HF Reject
Elegir el rechazo de alta frecuencia, coloca un filtro pasa bajo de 50KHz en la ruta del
disparo para eliminar componentes de alta frecuencia, por ejemplo emisoras AM/FM.
Holdoff
Para estabilizar la presentación de ondas complejas. Esto permite que el osciloscopio se
dispare en un patrón repetitivo de una onda.
Mediciones Automáticas
Quick Meas para ver el menú de medición automática. Las mediciones por defecto serán
Fequency y Peak-to-Peak. Para desactivar Quick Meas se debe presionar Quick meas hasta
que deje de iluminarse.
Source para elegir el canal o función matemática en ejecución sobre la que se realizarán
mediciones rápidas. Sólo los canales o funciones que se muestren estarán disponibles. Si no
se muestra la parte de la onda necesaria para una medición o no se muestra con suficiente
resolución, aparecerán mensajes como “mayor (menor) que un valor”, “sin flancos
suficientes”, “no hay suficiente amplitud”, “incompleto”, o la onda se corta para indicar que
la medición puede ser no fiable.
Clear Meas para dejar de realizar mediciones y borrar los resultados desde la línea de
medición (sobre las teclas programables.)
Se pueden elegir 3 mediciones automáticas para ejecutar con Quick Meas.
Los resultados se muestran sobre las teclas programables. Quick Meas +
Source elige la fuente o función matemática sobre la cual se realizarán mediciones rápidas.
Si no se ve la parte de la señal necesaria para una medición o no se ve con suficiente
resolución el resultado aparece con leyendas como “No Edges”, “clipped”, “low signal”, “<
value” o “> value”, o algo similar para indicar una medición no fiable.
Presione Clear Meas para dejar de medir y para borrar los resultados. Las mediciones por
defecto serán Frequency y Peak-to-Peak. Alterne entre las posibles mediciones usando la
tecla programable
Tiempo: Para la FFT elija Math+FFT. Elija Math como fuente en el menú Quick Meas.
Elija mediciones Maximum y X at Max. Las unidades serán dB y Hertz, respectivamente.
Tensión: Para la FFT sólo se pueden medir automáticamente Peak-to-peak, Maximum,
Minimum, Average y X at Max. Otras mediciones sobre la FFT se deben hacer con los
cursores. Las mediciones de tensión se pueden realizar sobre otras funciones matemáticas.
Guardar Trazas y Configuraciones:
Es posible guardar, en un archivo, la configuración y traza de la señal actual en el disquete
o en la memoria interna.
Para imprimir la imagen en pantalla, incluida la línea de estado y teclas programables, use
Quick Print. Configure la impresora en Utility -> Print Confg. Presione Save/Recall, inserte
un disquete y elija Press to Autosave.
La configuración y traza de la señal actual, se guardarán en el archivo automáticamente
generado QFILE_nn. El nombre aparecerá en la línea sobre las teclas programables. El
número nn parte en 00. Puede guardar hasta 100 trazas en un disquete con espacio.
Cuando la traza se visualiza desde el menú del disquete (tecla Utility), el archivo de traza
tiene extensión TRC y el de configuración, SCP. Para cambios en el nombre de archivo o
para guardarlo en una memoria interna del osciloscopio, use Save. La tecla programable To
o la perilla Entry, permiten elegir el archivo de disquette o de memoria interna a sobre
escribir. Los nombres de archivo INTERN_n (n=0, 1, 2) se almacenan en la memoria no
volatil interna del osciloscopio. Una vez elegido el archivo a sobre escribir, presione Press
to Save. No es posible cambiar los nombres de los archivos internos. Para un nombre nuevo
elija New File. Para crear un nuevo nombre de archivo en el disquete, presione New File.
Como verá, es posible introducir un nombre nuevo, de hasta 8 caracteres, usando Spell o
Entry. Presione ENTER para introducir el caracter elegido y pasar al siguiente. También,
puede resaltar cualquier carácter del archivo, presionando sucesivamente la tecla
programable ENTER.
Para eliminar un carácter, elíjalo con ENTER+Delete Character. Finalmente, para guardar
los cambios, Press To Save. Al recuperar el archivo desde el disquete, mediante Recall,
podrá elegir la traza (Trace), configuración (Setup) o ambos (Trace and Setup). Asegúrese
de recuperar ambos cuando desee efectuar mediciones con los cursores. Atención, es
recomendable grabar primero la configuración actual antes de recuperar otra!. Elija desde
donde recuperar (From: o Entry). El archivo elegido se recupera con Press to Recall. Para
borrar de la pantalla cualquier traza recuperada, Clear Display.
Salvar datos en formato CSV (variable separada por comas), es útil para análisis en hoja de
cálculos: Save/Recall, Formats. Ahí puede configurar el menú Quick Print para imágenes
en el disquete. Presionar una de las teclas programables crea un enlace con Utility -> Print
Confg para elegir formatos TIF, BMP o CSV. BMP y TIFF imprimen toda la imagen de la
pantalla, incluida la línea de estado y teclas programables. Presione Quick Print para iniciar
la transferencia al disquete.
OPERACIONES MATEMATICAS
Multiplicación:
Scale, ajusta factores de escala en [V2/div], presione Scale y luego use Entry para ajustar la
escala 1*2. Offset, permite ajustar la desviación en [V2] y se representa en la retícula
central de la pantalla. Presione Offset y luego use Entry.
Resta:
Scale y Offset como antes, ajustan escalas en [V/div] y [V] con ayuda de la perilla Entry.
Derivada:
Como es muy sensible al ruido, en Acquire elija Averaging. Use Math, dV/dt y Settings.
Source elije la fuente para la derivada (canal 1, 2, o funciones 1+2, 1-2 y 1*2.) Scale+Entry
elije factores de escala vertical en [V/s/div]. Offset+Entry, ajusta la desviación en [V/s].
Integral:
Use Math, ∫ y Settings. Source elije la fuente para la integral (canal 1, 2, o funciones
1+2, 1-2 y 1*2.) Scale+Entry elije factores de escala vertical en [Vs/div]. Offset+Entry,
ajusta la desviación en [Vs].
FFT:
Calcula la Transformada de Fourier Rápida cuando la fuente es un canal análogo o las
funciones 1+2, 1-2 y 1*2. Toma el registro de tiempo digitalizado de la fuente y lo
transforma en el dominio de frecuencia. El espectro FFT es dBV versus frecuencia. 0 dBv
es la amplitud de una sinusoide de 1Vrms. Para pasar a dBm conecte una carga de 50 ohms
(10100C o similar) en la entrada del canal y hacer la conversión dBm=dBV+13,01.
La FFT entrega un valor de CC INCORRECTO, no lo considere. Considere el aliasing de
frecuencia. Conviene saber que es lo que espera de la FFT de una señal. La velocidad de
muestreo se muestra sobre las teclas programables al abrir el menú FFT (Math, FFT.) El
escalonamiento ocurre cuando hay componentes de frecuencia mayores a la mitad de la
velocidad de muestreo efectiva. Cualquier componente superior se muestra a una frecuencia
inferior (escalonada.)
Uso de la FFT:
Presione Math, elija FFT. Presione Settings para acceder al menú de la FFT. Source
(fuente) puede ser el canal 1 o el 2, o las funciones 1+2, 1-2, 1*2. Span (fragmento)
establece el ancho general del espectro FFT visible. Divida por 10 para calcular los Hertz
por división. Si Span es mayor que la frecuencia máxima, el espectro visualizado no
ocupará toda la pantalla. Use Span+Entry para ajustar el fragmento.
Center, establece la frecuencia del espectro FFT representado en la retícula central. Use
Center+Entry para ajustar la frecuencia central de la presentación.
Preset establece el fragmento y frecuencia central en valores tales que se ve todo el espectro
disponible. La frecuencia máxima disponible es la mitad de la velocidad de muestreo FFT
efectiva, función del tiempo por la configuración de división. Esta velocidad se despliega
sobre las teclas programables.
Scale+Entry y Offset+Entry, fijan la escala en [dB/div] y desviación en [dB].
Window, elije una ventana para usar la FFT sobre la señal de entrada.
Hanning, mediciones exactas de frecuencia o resolución de 2 frecuencias muy cercanas.
Flap Top, mediciones precisas de amplitud de picos de frecuencia. Rectangular, buena
resolución de frecuencias y precisión de amplitud, siempre que no existan efectos de fuga.
La ventana rectangular es recomendable en ondas de ventana automática tal como ruido
pseudoaleatorio, impulsos, rafagas sinusoides y sinusoides descendentes.
Para medir use Cursors y elija la tecla programable Source en Math. Use X1 y X2 para
medir valores de frecuencia y la diferencia entre 2 valores de
Y2 para medir amplitud en DB y la diferencia de
Quick Meas y Source en Math.
Puede medir en dB pico a pico, máximos, mínimos y medios de la onda FFT. Puede buscar
el valor de frecuencia en el primer caso de valor máximo de onda usando X en la medición
X. Es fácil ver la FFT con vectores activados (Display => Vector).
2.0 El Generador de Funciones
Introducción
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.
Funcionamiento y usos generales
Un generador de funciones es un instrumento versátil que genera diferentes formas de onda
cuyas frecuencias son ajustables en un amplio rango. Las salidas más frecuentes son ondas
senoidales, triangulares, cuadradas y diente de sierra. Las frecuencias de estas ondas
pueden ser ajustadas desde una fracción de hertz hasta varios cientos de kilo hertz.
Las diferentes salidas dl generador se pueden obtener al mismo tiempo. Por ejemplo,
proporcionando una sola cuadrada para medir la linealidad de un sistema de audio, la salida
en diente de sierra simultánea se puede usar para alimentar el amplificador de deflexión
horizontal de un osciloscopio, con lo que se obtiene la a exhibición visual de los resultados
de las mediciones. La capacidad de un generador de funciones de fijar la fase de una fuente
externa de señas es otra de las características importantes y útiles.
Un generador de funciones puede fijar la fase de un generador de funciones con una
armónica de una onda senoidal del otro generador. Mediante el ajuste de fase y amplitud de
las armónicas permite general casi cualquier onda obteniendo la suma de la frecuencia
fundamental generada por un generador de funciones de los instrumentos y la armónica
generada por el otro. El generador de funciones también se puede fijar en fase a una
frecuencia estándar, con lo que todas las ondas de salida generadas tendrán la exactitud y
estabilidad en frecuencia de la fuente estándar.
El generador de funciones también puede proporcionar ondas a muy bajas frecuencias. Ya
que la frecuencia baja de un oscilador RC es limitada, la figura ilustrada otra técnica. Este
generador entrega ondas senoidales triangulares y cuadradas con un rango de frecuencias de
0.01 Hz hasta 100 kHz. La red de control de frecuencia está dirigida por el selector fino de
frecuencia en el panel frontal del instrumento o por un voltaje de control aplicado
externamente. El voltaje de control de frecuencia regula dos fuentes de corriente.
La fuente de corriente superior aplica una corriente constante al integrador, cuyo voltaje de
salida se incrementa en forma lineal con el tiempo. La conocida relación da el voltaje de
salida.
Un incremento o decremento de la corriente aplicada por la fuente de corriente superior
aumenta o disminuye la pendiente del voltaje de salida. El multivibrador comparador de
voltaje cambia de estado a un nivel predeterminado sobre la pendiente positiva del voltaje
de salida del integrador. Este cambio de estado desactiva la fuente de corriente superior y
activa la fuente inferior.
Dicha fuente aplica una corriente distinta inversa al integrador, de modo que la salida
disminuya linealmente con el tiempo. Cuando el voltaje de salida alcanza un nivel
predeterminado en la pendiente negativa de la onda de la salida, el comparador de voltaje
cambia de nuevo, desactiva la fuente de corriente inferior y activa al mismo tiempo la
fuente superior.
El voltaje a la salida del integrador tiene una forma de onda triangular cuya frecuencia está
determinada por la magnitud de la corriente aplicada por las fuentes de corriente constante.
El comparador entrega un voltaje de salida de onda cuadrada de la misma frecuencia. La
tercera onda de salida se deriva de la onda triangular, la cual es sintetizada en oda senoidal
por una red de diodos y resistencias. En ese circuito la pendiente de la onda triangular se
altera a medida que su amplitud cambia resultado una onda senoidal con menos del 1% de
distorsión.
Los circuitos de salida del generador de funciones consisten de dos amplificadores que
proporcionen dos salidas simultáneas seleccionadas individualmente de cualquiera de las
formas de onda.
Controles, Conectores e Indicadores (Parte Frontal)
1. 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.
2. Luz de Encendido (Power on light). Si la luz está encendida significa que el generador
esta encendido.
3. 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.
4. Botones de Rango (Range buttons) (Hz). Esta variable de control determina la frecuencia
de la señal del conector en la salida principal.
5. 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.
6. 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.
7. 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 .
8. 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.
9. Control de ciclo de máquina (Duty control). Jala este control para activar esta opción.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. Ancho del Barrido (Sweep Width). Este control ajusta la amplitud del barrido.
14. Conector de la salida principal (MAIN output connector). Se utiliza un conector BNC
para obtener señales de onda senoidal, cuadrada o triangular.
15. Conector de la salida TTL (SYNC (TTL) output connector). Se utiliza un conector BNC
para obtener señales de tipo TTL.
Controles, Conectores e Indicadores (Parte Trasera)
1R. Fusible (Line Fuse). Provee de protección por sobrecargas o mal funcionamiento de
equipo.
2R. Entrada de alimentación (Power Input). Conector de entrada para el cable de
alimentación.
3R. Conector de entrada para barrido externo. (External Sweep input connector). Se utiliza
un conector de entrada tipo BNC para controlar el voltaje del barrido. Las señales aplicadas
a este conector controlan la frecuencia de salida cuando el botón de barrido no está
presionado. El rango total de barrido es también dependiente de la frecuencia base y la
dirección deseada del barrido.
4R. Selector de voltaje (Line Voltaje Selector). Estos selectores conectan la circuitería
interna para distintas entradas de alimentación.
Funciones y Aplicaciones
Onda senoidal
Una onda senoidal se puede obtener en el conector de la salida principal cuando se presiona
la opción de onda senoidal en el botón de función y cuando cualquier botón del rango de
frecuencia está también presionado. La frecuencia de la onda se establece por la
combinación del botón de rango y el control de variación de frecuencia. La salida tendrá
que ser revisada con un osciloscopio. Se debe proceder de la siguiente manera:
1. Para obtener una señal senoidal, se deben seguir las siguientes instrucciones:
2. La conexión de cables se muestra en la sig. Figura:
3. Fija la perilla de volts por división (VOLTS/DIV) a 2 V, la perilla de segundos por división
(SEC/DIV) a 0.2 ms y el resto de los controles en la posición de operación normal.
4. La frecuencia de salida puede ser calculada tomando el recíproco del período de la forma de la
señal.
5. La frecuencia de salida puede establecerse con mayor precisión utilizando un contador de
frecuencia (Frequency Counter) conectando la salida del generador de funciones directamente al
contador, o usando un cable BNC con conexión en T de la salida del generador de funciones al
osciloscopio y al contador al mismo tiempo.
Cuando se familiariza con la configuración para lograr una señal senoidal a la frecuencia del
ejemplo anterior, cambie el rango de frecuencias y rote el disco de frecuencias, observando el
osciloscopio o el display del contador. Lea el voltaje de salida del generador conectando a éste un
multímetro, situado en la función de voltaje en AC (AC Volts). Con esto, será posible leer el valor
rms de la señal senoidal y compararla con la señal pico a pico (p-p) vista en el osciloscopio. El valor
rms debe ser 0.3535 veces el valor p-p visto en el osciloscopio. Las ondas senoidales son utilizadas
para checar circuitos de audio y de radio frecuencia.
Las frecuencias más altas del generador de funciones pueden ser utilizadas para simular la
portadora para la banda de AM. Con un capacitor en serie con el centro del conector en la salida
principal, las señales de audio pueden ser inyectadas a cualquier equipo de audio.
Onda Cuadrada
Una onda cuadrada se puede obtener en el conector de la salida principal cuando se
presiona la opción de onda cuadrada en el botón de función y cuando cualquier botón del
rango de frecuencia está también presionado. La frecuencia de la onda se establece por la
combinación del botón de rango y el control de variación de frecuencia.
La salida puede verificarse con un osciloscopio utilizando la misma conexión utilizada en
la onda senoidal. La frecuencia de salida puede establecerse con mayor precisión utilizando
un contador de frecuencia (Frequency Counter) conectando la salida del generador de
funciones directamente al contador, o usando un cable BNC con conexión en T de la salida
del generador de funciones al osciloscopio y al contador al mismo tiempo.
Para ajustar el generador de funciones para que opere con una onda cuadrada, los controles
pueden estar ajustados de la misma manera con la que se obtuvo la señal senoidal, excepto
la opción de onda cuadrada en el botón de función debe estar presionada. No se podrá tener
un valor rms muy exacto para una onda cuadrada con el multímetro o cualquier otro
medidor digital o analógico, porque están calibrados para obtener valores rms de señales
senoidales.
La señal de onda cuadrada puede ser utilizada para simular señales pulsantes. La onda
cuadrada es frecuentemente usada para pruebas y calibración de circuitos de tiempo.
Onda Diente de Sierra
Una onda triangular se puede obtener en el conector de la salida principal cuando se
presiona la opción de onda triangular en el botón de función y cuando cualquier botón del
rango de frecuencia está también presionado. La frecuencia de la onda se establece por la
combinación del botón de rango y el control de variación de frecuencia.
La salida puede verificarse con un osciloscopio utilizando la misma conexión utilizada en
la onda senoidal. La frecuencia de salida puede establecerse con mayor precisión utilizando
un contador de frecuencia (Frequency Counter) conectando la salida del generador de
funciones directamente al contador, o usando un cable BNC con conexión en T de la salida
del generador de funciones al osciloscopio y al contador al mismo tiempo.
Para ajustar el generador de funciones para que opere con una onda triangular, los controles
pueden estar ajustados de la misma manera con la que se obtuvo la señal senoidal, excepto
la opción de onda cuadrada en el botón de función debe estar presionada. No se podrá tener
un valor rms muy exacto para una onda cuadrada con el multímetro o cualquier otro
medidor digital o analógico, porque están calibrados para obtener valores rms de señales
senoidales.
Uno de los usos más comunes de la onda triangular es para hacer un control de barrido
externo para un osciloscopio. Es también usada para calibrar los circuitos simétricos de
algunos equipos.
TTL
Una señal TTL (Transistor-Transistor-Logic) puede obtenerse a la salida del conector
SYNC. El rango del pulso es controlado por los botones de rango y el disco de frecuencia.
La simetría de esta forma de onda puede ser controlada con el control de ciclo de trabajo.
La señal TTL está también disponible en el modo de barrido. La amplitud de la señal TTL
se fija a 2 Vp-p (onda cuadrada).
El pulso TTL es utilizado para inyectar señales a circuitos lógicos con el propósito de hacer
pruebas.
Salida del Barrido
Todas las salidas que se pueden obtener del generador de funciones pueden utilizarse en
modo de barrido. Estas salidas son utilizadas en conjunto con otros instrumentos de prueba
para producir una señal de frecuencia modulada. El uso de una señal de barrido es un
método común en circuitos de sintonización y para controlar el ancho de banda de circuitos
de audio y de radio frecuencia.
Voltaje controlado por la entrada para barrido externo
Esta característica permite que el generador de barrido sea controlado por una fuente de
voltaje externa. Cuando está en operación este modo, el botón de barrido no debe estar
presionado por lo que los controles de rango de barrido y ancho de banda de barrido
tampoco están en operación. El voltaje en DC aplicado a la entrada determina las
características del barrido de la señal a la salida del conector principal o SYNC (TTL).
Generador de funciones BK Precision 4087
3.0 Actividades a Realizar
1.- A continuación realice lo que se le pide:
1.1 Conectar el cable de alimentación y encender el equipo
1.2 Presionar el botón save-recall del panel frontal y posteriormente presionar default-setup
en los botones que se encuentran en la base de la pantalla, esto eliminará cualquier
configuración anteriormente guardada.
1.3 Activar el botón de selección del canal 1 y posteriormente ajustar el control de
posición vertical de dicho canal hasta lograr que el indicador de tierra muestre una lectura
de 0 V, con lo anteriormente realizado se ajusto el nivel de tierra sobre el eje del sistema
coordenado.
1.4 Conectar la punta de prueba en el canal 1 del osciloscopio e insertar su otro extremo a
la terminal de calibración Probe Comp. Seleccione el control de atenuación de la punta en
10X, si observa un pulso cuadrado con bordes a 90° la punta de prueba está debidamente
calibrada. De lo contrario si su aspecto corresponde al de una señal exponencial o con sobre
impulso ajuste con un desarmador de plástico (neutralizador) el capacitor variable que tiene
la punta hasta lograr que los bordes cambien a 90°.
2.- Produzca una señal senoidal con el generador de funciones cuya frecuencia sea 1 KHz
y amplitud máxima 5V, para posteriormente realizar las siguientes actividades:
2.1- Utilizando los cursores del trazador realice mediciones de amplitud, periodo y
frecuencia, y compare los resultados obtenidos con la función de mediciones rápidas
(botón Quick Measure). Anexar Fotografías de cada caso o mediante las imágenes que
entrega el osciloscopio a través del puerto USB en osciloscopios TEK.
3.- Utilizando dos generadores de función determinar la relación de frecuencias entre dos
señales senoidales que tengan una misma amplitud y dos diferentes frecuencias, una de 500
Hz y otra de 1 KHz Utilizar el modo main para asegurar que los generadores produzcan las
señales antes mencionadas, posteriormente active el botón Main Delayed para seleccionar
el modo X-Y, realice pequeños ajustes en el control de frecuencia en uno de los generadores
hasta lograr observar la Figura de Lissajous que corresponde a una relación de frecuencias
de 2 a 1 entre las señales. Varíe la frecuencia de uno de los generadores para producir otras
relaciones por ejemplo 3 a 2 etc. Entregue una fotografía digital de lo que se observa.
4.- Construya el circuito que se muestra en la siguiente Figura y conecte los canales del
osciloscopio como en ésta se describe. Ajuste los controles de amplitud y frecuencia del
generador de funciones de manera que produzca una señal senoidal cuyo voltaje máximo
sea 5V y frecuencia = 159.1 Hz. Utilizando el botón de mediciones rápidas (Quick
Measure) compruebe que el desfase entre ambas señales es de 45° porque el circuito fue
diseñado para producir este desfase. Mida este mismo desfase utilizando el modo X-Y del
osciloscopio con la figura de Lissajous que se produce en forma de elipse inclinada como
se muestra en la figura y compruebe con la ecuación que determina el desfase, que éste es
de 45°.
5. Produzca una señal senoidal con el generador de funciones cuya frecuencia sea 100 KHz
y amplitud máxima 50 mV utilizando los controles de atenuación de que dispone el
generador (Recuerde que 20 dB atenúa la señal 10 veces, 40 dB 100 veces y así
sucesivamente). Compruebe con el osciloscopio que la señal tiene estas características.
Procedimiento a seguir para visualizar la señal de manera que pueda ser medida:
Ajuste el control de volts/división y la base de tiempo hasta lograr que se observen por lo
menos 2 ciclos de señal en la pantalla, si esta se encuentra inestable asegúrese que la fuente
de disparo corresponda al canal donde aplico la señal activando el botón Edge, y ajuste el
nivel de disparo (Level Trigger) hasta lograr que este se encuentre en el rango de variación
de la señal por medir, si observa dos señales simultáneamente se debe a que existen falsos
disparos por lo cual debe activar el botón Mode/Coupling para realizar un filtrado de ruido
y de alta frecuencia con las opciones Noise Reject y High Frequency Reject posteriormente
active el botón Acquire de la región Waveform seleccionando la opción Averaging con la
cual realizará un filtrado digital de la señal que le eliminará el ruido a ésta, considere como
valor del promediado 8.
6. Medir con el canal 1 del osciloscopio una señal senoidal de 1 KHz y voltaje pico a pico
de 1 V, posteriormente activar el botón Math y seleccionar la opción FFT (bajo estas
condiciones la base de tiempo se convierte en base de frecuencia) ajuste la base de
frecuencia hasta observar el espectro de frecuencias, en este caso debe corresponder a una
línea vertical ubicada en 1 KHz Utilice el control de mediciones rápidas y seleccione X at Y
max y reporte la medición que corresponde a la señal aplicada, En el caso de un
osciloscopio TEK utilice los cursores de amplitud y frecuencia para medir la señal.
3.0 Preguntas de Experimentación
1. ¿Qué tipos de puntas de prueba existen para osciloscopios?
Existen desde Puntas Pasivas, Activas, Diferenciales, Elásticas y Neumáticas.
2. ¿Qué ventajas ofrece el osciloscopio respecto a un multímetro?
En que el Osciloscopio puede trabajar con señales que varían gracias a su voltaje con
respecto del tiempo, y que con eso, se puedan sacar nuevos parámetros también
utilizados en la industria, además de que también el osciloscopio es capaz de definir
todas las funciones de un multímetro en el sentido de que al saber ya el voltaje de un
dicho elemento o circuito, se pueden sacar los otros valores necesarios con cálculos
para la resistencia y la corriente. En el caso de los multímetros, al tener solo la función
de la resistencia, voltaje, y corriente tanto en directa como en alterna, no nos da todas
las cosas necesarias para un avance completo, aunque sigue siendo mucho mas practico
que el traer un osciloscopio.
3. ¿Qué elemento se ajusta para calibrar una punta de osciloscopio?
Es el capacitor variable, ajustándolo con la utilidad de un desarmador aislado.
4. ¿Cuál es la impedancia de entrada típica de un osciloscopio?
De 1 MΩ a 25°C o 298K
5. ¿En cuanto a la manera en que se procesa la señal por medir, como se
clasifican los osciloscopios?
Analógicos Y Digitales.
6. Mencione 3 de las principales características de un osciloscopio
Es un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables
en el tiempo.
Visualiza fenómenos transitorios así como formas de onda en circuitos eléctricos y
electrónicos.
Puede medir un gran número de fenómenos y cantidades capaces de dar los valores
de presiones, ritmo cardiaco, nivel de vibraciones, etc.
7. ¿Qué forma de onda entrega un osciloscopio cuando se calibra la punta?
Onda de tipo cuadrada.
8. ¿Cómo define el ancho de banda de un osciloscopio?
Es el margen de frecuencia de señales que puede medir.
9. ¿En que repercute el valor de la frecuencia de muestreo a la que opera un
osciloscopio digital?
Un osciloscopio digital funciona para aquellos eventos no repetitivos, y no puede
visualizar las variaciones rápidas en tiempo real de la señal de entrada.
10. ¿Cuál es la diferencia entre voltaje “top” y el voltaje “max” que mide un
osciloscopio digital Agilent?
Vmax es el valor más alto en la forma de onda. El cursor Y muestra el valor que se está
midiendo, y el Vtop de una forma de onda es el modo (el valor más común) de la parte
superior de la forma de onda o, si el modo no está bien definido, la base es igual al
valor máximo. El cursor Y muestra el valor que se está midiendo.
11. ¿Para que sirve el modo de barrido Delayed de un osciloscopio digital?
El modo de barrido Delayed divide la pantalla en 2 partes, en la mitad superior se
muestra la señal original, y en la mitad inferior se muestra la señal con barrido
retardado, y esto permite visualizar la transición de voltaje ocurrido en el origen del
tiempo observando en el ancho de una ventana una mayor resolución de dicha
transición.
12. ¿Para que tipo de señales en cuanto a su frecuencia se utiliza el modo de
barrido Roll de un osciloscopio digital?
Señales lentas.
13. ¿Qué forma debe tener la señal de calibración de un osciloscopio cuando la
punta esta debidamente calibrada?
Onda cuadrada, a 90° en cada borde.
14. ¿Qué operaciones matemáticas ofrece la operación Math de un osciloscopio
digital?
TRANSFORMADA DE FOURIER (FFT): Muestra el contenido de frecuencias
de la forma de onda.
MULTIPLICION DE CANALES (1 * 2): Multiplica los valores de voltaje de los
canales 1 y 2.
RESTA DE CANALES (1 - 2): Realiza la substracción de voltajes de los canales 1
y 2.
DIFERENCIACION (dV 1 dt): Calcula la derivada discreta del canal
seleccionado.
INTEGRACION (f Vdt ): Calcula la integral del canal seleccionado.
15.- ¿Qué sub menús se encuentran en el modo Display?
Boton de encendido, Coupling, BW limit, Invert, Vernier, Probe
16. - ¿Para qué sirve la función vectors del modo Display?
Elimina o introduce los segmentos que unen las sucesivas muestras de la traza
17.- ¿Qué función realiza el botón single en la sección Run Control?
Permite visualizar señales adquiridas con un disparo único
18.- ¿Qué función realiza la opción BW limit en un osciloscopio?
Activa o desactiva el ancho de banda para el canal seleccionado
19.- ¿Qué diferencia existe entre el acoplamiento en DC y Ac en un osciloscopio?
AC (Corriente alterna) coloca un filtro pasa altas de 3.5 hz en la serie con la entrada de la
forma de onda que elimina cualquier nivel de DC. El acoplo DC (Corriente directa) es útil
para visualizar formas de onda tan bajas como 0Hz.
20.- ¿Qué formas de señales produce un generador de funciones?
Senoidales, cuadradas, triangulares, rampa ascendente y descendente. Diente de sierra,
pulsos , etc.
21.- ¿Qué voltaje máximo produce un generador de funciones?
20vp-p
22.- ¿Qué función realiza el control de Offset Dc en un generador de funciones?
Sirve para seleccionar cualquier nivel de DC de la forma de onda entre ±10v. A la derecha
un nivel positivo y a la izquierda uno negativo.
23.- ¿Qué control se utiliza para modificar el ciclo de trabajo de una señal ?
DUTY
24.- ¿Cuál control se utiliza para convertir en generador de barrido a un generador de
función?
Sweep/Time y selector LIN/LOG
25.- ¿Cuáles son las dos opciones de control en un generador de barrido y que
significado tienen estas?
Selector de profundidad de barrido (MOD/DEEP) el ancho de barrido puede controlarse de
0 a 1000veces, tasa de barrido (SWEEP/RATE) índice de modulación máxima y mínima, y
AM/FM modulación de amplitud y modulación de frecuencia.
26.- ¿Para qué sirve el control de decibeles en el generador de funciones?
Para controlar la salida máxima y mínima de la señal botón AMPL.
27.- ¿Cómo puede evitar que ingrese corriente directa en la salida de un generador de
funciones?
Con el botón DC Offset
4.0 Preguntas de Investigación
1.- ¿Cuáles son las principales marcas de osciloscopio que se venden en México?
Agilent, Tektronix, fluke, BK Precision.
2.- Menciona una marca de osciloscopio alemán
Tektronix es de origen Alemán
3.- ¿Cuáles son los medios de almacenamiento de información que le ofrecen los
osciloscopios digitales?
Almacenamiento no volátil, con memoria interna o a través de una memoria de conexión
USB externa o unidad de Flopy en modelos mas viejos.
4.- ¿Cuáles son los dos tipos de información que puede guardar un osciloscopio
digital?
Debido a que este tipo de osciloscopio convierte una señal analógica en una digital, pueden
almacenar estos dos tipos de información.
5.- ¿Cuáles son los principales protocolos de comunicación que se utilizan en
osciloscopios digitales?
VGA, RS232, conexiones LAN, USB y GPIB
6.- Describa brevemente, ¿Qué es un osciloscopio de señal mezclada?
Es un osciloscopio que nos permite visualizar tanto la señal analógica como la digital.
7.- ¿En qué área de la electrónica se utilizan las señales cuadradas con dos niveles de
voltaje?
En la Electrónica Digital
8.- ¿Qué riesgos se corre al conectar la tierra del osciloscopio en dos puntos de
diferente potencial?
Que puedes dañar el osciloscopio.
9.- Para que se utiliza la persistencia infinita en un osciloscopio digital.
La persistencia infinita actualiza la pantalla con nuevas adquisiciones pero no borra las
anteriores (Esto se usa para detectar fallos en una señal en modo peak detect).
10.- ¿Cuál es la ventaja principal que ofrece un osciloscopio analógico respecto a uno
digital?
Los osciloscopios analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones
rápidas y precisas de la señal de entrada en tiempo real. No tienen ruido cuantificador
causado por los convertidores análogo-digital que tiene los osciloscopios digitales, este
ruido es el error que se produce al redondear valores de las muestras tomadas para convertir
una señal analógica en digital.
